中國終於有基礎科學超重磅發現了？膠球，上帝粒子後又一里程碑？
如果問你中國科學家對人類基礎科學有何重大貢獻，尤其是類似引力波和“上帝粒子”希格斯玻色子那種可以改變人類對宇宙認識的發現，你可能扣半天頭皮都想不出來，不過現在可能已經有一個候選者了，一旦得到證實，這將可能是中國科學家對現代基礎科學最重大的貢獻，有可能與希格斯玻色子相提並論。
5月2日，《物理評論快報》發表了一篇由全球600名研究人員組成的大型國際物理學家團隊合作的論文，通過北京正負電子對撞機（BESIII）合作項目，他們可能已經發現了量子色動力學（QCD）預言的“膠球”，達到了11.7標準差（sigma, σ）的統計顯著性。這項研究的第一作者是中國科學院高能物理研究所的麥迪娜·阿布裏克木。
在粒子物理學中，5σ被認爲是宣佈發現的黃金標準，意味着研究結果只有約百萬分之一（0.00006%）的概率是由隨機誤差引起的。換句話說，如果你得到了5σ的顯著性結果，幾乎可以排除這是由於偶然性或統計噪聲導致的假象，更何況11.7σ。
那麼這一重大發現究竟是怎麼回事呢？
所謂膠球（glueball），是由膠子（gluon）組成的複合粒子。在量子色動力學（QCD）中，膠子是傳遞強相互作用的粒子。QCD預言膠子不僅能傳遞強相互作用，還能形成穩定的複合態，也就是膠球。然而，儘管理論上預測膠球是存在的，但迄今爲止在實驗中從來沒有發現過這種粒子我。
這就像標準模型預言的希格斯玻色子一樣，1960年代，彼得·希格斯等科學家提出了希格斯機制，預言了希格斯玻色子的存在。但直到2012年，這種被稱爲“上帝粒子”的新粒子纔在歐洲強子對撞機中找到，讓我們知道了萬物質量的來源，對粒子物理學和宇宙學產生了深遠的影響，希格斯也因此獲得了諾貝爾物理學獎。
在這項研究中，科學家們通過北京正負電子對撞機（BESIII）過去10年產生的100億個J/ψ粒子的衰變數據樣本，經過大量的測量分析，發現了質量爲2395 MeV/c²的新粒子，與理論預言中的膠球質量一致。
所謂J/ψ粒子，是一種由一個粲夸克和一個反粲夸克組成的介子，它在1974年被發現，也是物理學中的重要事件，被稱爲“11月革命”，因爲它證實了粲夸克的存在。領導兩個獨立科學家小組發現這一粒子的丁肇中和伯頓·里克特，也因此獲得了諾貝爾物理學獎。
北京正負電子對撞機可以產生大量的J/ψ粒子，J/ψ粒子極不穩定，會在7.2*10^-21秒內衰變成其它更輕的粒子，大約26%的幾率會產生光子，64%的幾率產生3個膠子，9%的幾率會產生光子和兩個膠子。所以J/ψ粒子的衰變過程會涉及大量膠子，因而成爲尋找膠球的理想環境。
在分析J/ψ → γK⁰_S K⁰_S η'' 的衰變模式時，科學家們發現了平均質量爲2,370 MeV/c2的粒子，質量落在了預言的膠球範圍內，這無疑是令人極爲振奮的發現。但要證明它有可能就是膠球，還需要最關鍵的一步，它的自旋宇稱量子數是否確實爲零自旋、負宇稱，因爲這是預言中膠球的另外兩個特徵。
科學家們使用複雜的部分波分析技術，首次測量了這種粒子的自旋-宇稱量子數，結果證明它與科學家們長期尋找的標準模型理論中最輕贗標量膠球的特性完全一致，即自旋爲0，宇稱爲負，這是迄今爲止支持膠球存在的最強有力的實驗證據。
有趣的是，由於最初宣佈該粒子的質量爲2.370 GeV/c²，該粒子已被命名爲X（2370），但最新實驗結果表明，它更準確的質量是2.395 GeV/c²，實驗不確定度爲 0.011 GeV/c²。而2019年發表的Lattice QCD最新理論預測其質量爲2.395 ± 0.014 GeV/c²，是不是幾乎不差分毫？這意味着實驗和理論之間有着極爲驚人的一致。
儘管所有數據和分析都表明X（2370）是迄今爲止檢測到的第一個膠球，但科學家們表示仍然還需保持謹慎，因爲目前已經發現有類似的X介子，是由夸克和反夸克共振形成的，而不是預言中的膠球。另外就是J/ψ 衰變中觀察到的 X(2370) 產生率有點太高了，與目前的膠球解釋並不一致，不過這種解釋仍在審查，還沒有定論。最後就是X(2370) 測量的負宇稱與它是贗標量一致，而不是標量一致，這意味着它只是與膠球解釋一致，而不是它本質上就是膠球的確鑿證據。
希格斯玻色子的發現被譽爲現代物理學的里程碑，驗證了希格斯機制，解釋了基本粒子質量的來源。膠球的發現將直接驗證量子色動力學理論，有可能是繼希格斯玻色子之後的又一里程碑，帶來一系列新的理論和實驗研究。
如果膠球的發現最終被證實，或將是中國在基礎科學領域的第一個世界級重大貢獻。近年來，中國在科學研究上的投入不斷增加，湧現出了一批具有國際影響力的研究成果。膠球的發現將進一步提升中國在國際科學界的地位，展示出中國在基礎科學研究方面的雄厚實力。
論文：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.181901
