北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）探测器。中国科学院高能物理研究所供图

　　开栏的话

　　“一个人一生中能有几次参与这种重大发现的机会？”带着这样的期待，一群青年科研人员愿意一次次把错误答案推翻、重新开始。基础研究常常要走很远，才能向前迈出一小步。我们推出“沉潜”专栏，把目光放在那些常年扎根高校、科研院所一线的青年科研人员，他们在研究什么，遇到了哪些难题，又为什么坚持？致敬长期主义，致敬每一位把冷板凳“坐热”、用科学拓展认知边界的人。

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　　早上7点，中国科学院高能物理研究所（以下简称“高能所”）的实验室里，电脑屏幕上的质量谱还亮着。

　　那是2009年，北京正负电子对撞机（BEPC）上的北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）刚开始取得J/ψ粒子（1974年由丁肇中和伯顿·里克特发现的粒子，因其衰变方式多样且有利于胶球产生，被认为是寻找胶球的最佳途径之一——记者注）数据不久。当时还是学生的黄燕萍，本想用新数据确认此前发现的X（1835）粒子，却在谱线上意外看见了另外两个峰——X（2120）和X（2370）。

　　“一下子看到了三个峰，我们当时特别兴奋。”如今已是高能所研究员的黄燕萍回忆。那一晚，她和导师金山（时任高能所研究员，现任南京大学物理学院教授）一直留在办公室里反复拟合数据、描述信号和本底，直到早晨7点终于得到拟合结果。两小时后，他们又赶上去辽宁的火车，把刚拿到的结果带到BESⅢ合作组会议上。

　　当时谁也不会想到，团队会围绕这个名为X（2370）的粒子开启一场10余年的长跑。

　　北京时间8月6日，在巴西举行的国际高能物理大会上，金山教授代表BESⅢ实验国际合作组以大会特别报告形式宣布：经过15年的持续研究，北京谱仪Ⅲ实验已建立证明胶球存在的完整证据链，X（2370）的主要成分正是物理学家寻找了近半个世纪的胶球。

　　给一颗粒子“验明正身”

　　“胶球”是什么？

　　把物质不断拆小到原子层面，原子核里有质子和中子，它们均由夸克组成。夸克之间之所以能牢牢“粘”在一起，靠的是传递强相互作用的胶子。与传递电磁相互作用的光子不同，胶子彼此之间也能发生强烈作用。量子色动力学因此预言：胶子可能彼此“抱团”，形成一种不含夸克的束缚态——胶球。

　　通俗地说，这是一种由传递“力”的粒子自身结合而成的物质形态。理论早在半个世纪前就指出它可能存在，但怎样在纷繁复杂的粒子“海”中认出它，一直是未解决的难题。

　　2009年发现的X（2370），离“发现胶球”还很远。黄燕萍打了个比方：看到一个东西的质量和黄金一样，并不能证明它就是黄金。

　　2011年，X（2370）的发现正式发表。它的质量恰好落在理论预言的胶球附近，令人兴奋，但这只能说明“长得像”。接下来，团队必须回答一连串更苛刻的问题：它的量子身份是不是理论预言的那一种？它如何产生、如何衰变？这些行为是否符合胶球应有的特征？能不能排除其他普通粒子的解释？在接下来的15年里，团队一直在探索X（2370）的真实身份。

　　其中最难啃的一块“硬骨头”，是量子数测量。金山告诉中青报·中青网记者，团队自发现X（2370）后就不断尝试，许多方案都因复杂本底等因素失败。直到新的衰变过程被找到，团队才有机会在更“干净”的环境中辨认它。据团队成员介绍，要在100亿个J/ψ粒子事例中，处理复杂的量子干涉、尝试不同组合，如同“大海捞针”，光是量子数测量就花了三年。

　　2024年，团队终于测定X（2370）的关键量子数，与格点量子色动力学的理论预期相符。“只有把量子数建立起来之后，才能把实验结果与理论进行比较。”黄燕萍说。

　　不过，要真正“验明正身”，还缺一块重要拼图——“味单态”。金山解释称，“味”在粒子物理领域不是舌头尝到的味道，而是区别不同夸克种类的标签。胶球不含夸克，因此不应该偏爱某一种“味”。“如果说此前质量和量子数像是一个人的身高、年龄等身份信息，那么‘味单态’更像是一项能把胶球与含夸克粒子拉开距离的关键特征。”

　　过去，最直接的办法是将不同“味”的末态一道道测出来，将其与味对称的预期进行比较。“但末态测量过程中可能受干涉效应影响，导致误差非常大，很难获得绝对的定论。”金山说。

　　2024年，团队找到了另一条“捷径”：不必把所有可能性逐一测出，而是寻找一种理论上应被显著压低的特殊衰变模式。如果“该低的确实低了”，便能从另一面确认它的味单态性质。

　　实验结果最终吻合预期。但团队还没有急着庆祝。

　　今年以来，高能所先后组织5次理论与实验联合讨论。来自高能所、北京大学、中国科学院理论物理研究所、中国科学院大学、兰州大学等单位的研究者不断“挑毛病”：还有没有一种含夸克的粒子能够解释这些数据？哪个角落还没有排除？有质疑，就回到数据里再检查一遍。

　　中国科学院院士赵光达说，自己在这个过程中一直“非常谨慎”，“我们要防止出错，就必须把每一步都能够真正地落实，没有什么疑点”。直到一个个可能性被充分推敲并排除，证据才逐渐闭合。

　　胶球之所以重要，也正在于这个“确认”过程回答了一个基本问题：描述强相互作用的量子色动力学不仅预言胶子之间能够自相互作用，这种作用真的可以把胶子束缚成一种新的粒子。

　　高能所研究员黄涛认为，这并不意味着“质量起源”问题已经被回答，而是让科学家多了一条继续追问的路径。金山表示，胶球中不含夸克，因此它的质量不能简单归因于通常所说的希格斯机制（解释基本粒子如何获得质量的物理机制 ——记者注），而与强相互作用密切相关；因此，它也为人们理解物质质量从何而来打开了一扇新的实验窗口。

　　两代加速器、三代探测器、五代科研人

　　如果把时间再往前拨，这项成果的起源远不止2009年。

　　“我刚才数了一下，五代人。”中国科学院院士王贻芳在采访现场环视着团队成员说，“人是五代人，加速器是两代，探测器是三代。”

　　胶球从20世纪70年代量子色动力学建立之初就被预言出来。中国科学家在20世纪80年代建设北京正负电子对撞机时，便已将寻找胶球列为重要科学目标。此后，从中国第一台高能加速器北京正负电子对撞机（BEPC）到升级后的BEPCⅡ，从BES到BESⅢ，装置不断迭代，寻找也从未停止。

　　“40年坚持下来并不容易。”王贻芳回忆，有人做到一半选择离开，也有人觉得问题太难，转向更容易取得结果的方向；但一代代科研人员仍接续向前。在这项成果背后，加速器、探测器、软件、数据处理等环节有数百人长期提供支撑。

　　黄涛记得，20世纪90年代，实验上也曾出现过很像胶球的候选者，理论研究者据此讨论出一系列判断胶球身份的特征。“但受限于当时的数据量，最终无法给出确切结论。”

　　以往的研究虽然没有成为如今的“成果性发现”，却留下了一套后来者能够继续使用的路标。在1995年读博临近毕业期间，金山因为在实验中看到一个很像胶球的粒子，于是便“一个劲地做，想把它做得越全越好”，最后直到导师黄涛催促，才集中一个月写完博士论文。30多年后，当团队重新判断X（2370）的身份时，金山当年研究的关于特殊衰变等思路，又重新派上了用场。

　　团队为了获得足够清晰的信号，通过BESⅢ最终积累了超过100亿个J/ψ事例。而这些数据的背后，是一台大科学装置几十年的生长。

　　北京正负电子对撞机在1988年建成，2009年升级为BEPCⅡ，北京谱仪也自1988年至今连续更迭三代。升级后的对撞机亮度大幅提升，过去很难积累的数据，如今能够以更高效率取得。黄涛解释称，如果说加速器提供了海量碰撞数据，探测器就像科学家的“眼睛”，“眼睛分辨不好”，即使有海量数据，也看不见真正有意义的信号。

　　“十五五”规划纲要中指出，“加强原始创新和关键核心技术攻关”，“全面提升基础研究水平。加强基础研究战略性、前瞻性、体系化布局，统筹推进目标导向和自由探索的基础研究。”

　　“基础研究要取得这样的成果，离不开国家和社会长期持续的支持。一个问题可能要做15年、30年甚至更久，因此，看待基础研究必须有长远眼光。”黄涛说。

　　年轻人在“热板凳”上接过接力棒

　　40年的探索，除了稳定运行的大科学装置，更需要年轻科研力量的全身心投入。而良好的科研生态，可以让年轻人在面对重大课题时不必独自承担所有风险。

　　黄燕萍坦言，测量X（2370）关键量子数的题目，曾有学生表示犹豫或拒绝，也有学生做了两年后选择换题。一个项目不知道几年才能做出来，对年轻科研人员意味着论文、毕业和职业发展的多重不确定性。

　　最终接下这块“硬骨头”的，是如今28岁的高能所博士后张鹏。张鹏回忆，自己当时的目标很简单，也很执拗：“不管它是胶球还是什么东西，我一定要把它的自旋宇称测出来。”

　　相关论文恰好在张鹏毕业那一年发表。回头看，他觉得那是一段“比较艰难的过程”，但也正是在这个过程中，张鹏在黄燕萍、金山等老师的指导下，一点点补上了对胶球、实验方法和理论预期的理解。

　　两年前，26岁的高能所博士生石硕加入时，团队正在追寻“味单态”这最后一块关键证据。

　　“其实当时我们已经得到X（2370）粒子味单态证据的相关数据结果，但仍然需要严谨的物理分析把它证实，这一步非常困难。”石硕表示，当初自己刚加入时也担心过题目太难、结果不确定，但在实验过程中，前辈的指导和帮助让自己越来越有信心。

　　过去两年里，团队把晚上8点固定为讨论时间，一周除周六外几乎每天都在线上碰头。石硕一次没缺席，而且常常是第一个汇报——因为最新结果往往从他手里出来。

　　春节前，黄燕萍问大家假期后打算什么时候回来。“学生们主动提出初五、初六就回来，想尽快接着做。不是我们要求，是他们自己很主动。”她说。

　　24岁的南京大学物理学院研究生尹琪钦，则是在大四期间遇到这道选择题。一边是已在进行的宇宙学相关研究，一边是在大四下学期前往高能所分析更具挑战性的X（2370），他纠结了大约一个小时，选了后者。

　　进入高能所参与研究之后，尹琪钦发现科研并不只是长时间坐在电脑前。“甚至和师兄平日吃饭时也会聊新的想法，畅想还能在哪里寻找胶球，作为学生来讲，我觉得还是非常有趣的。”当时还是本科生的尹琪钦很快在X（2370）粒子质量联合测量的拟合方法中作出关键性贡献。

　　“一个人一生中能有几次参与这种重大发现的机会？”金山研究胶球30余年，对物理的兴趣，一直是他的精神动力。金山的母亲总担心他做科研太累太苦，他回答：“我从没觉得苦，每次想到一个新的方法，或者看到学生把一个新想法实现，我会感到特别兴奋。”

　　金山认为，通常导师们主意多经验足，年轻人则有更强的计算机技术和编程能力；一个提出物理想法，一个快速把它变成可以检验的数据分析，再在讨论中互相促进，形成一种新的互动。

　　王贻芳笑着说，这支团队谈不上坐“冷板凳”，“他们的板凳非常热，天天被催着”。

　　此次的成果，也为接下来的研究打下了基础。理论预言中，胶球不是孤零零的一颗，而应当有一个更丰富的“谱系”。赵光达表示，现有成果并不意味着胶球研究已经结束，还要继续寻找其他量子数的胶球，并进一步确认其性质。团队计划借助北京正负电子对撞机的后续升级，提高亮度、获得更多数据，把这颗刚刚“验明正身”的粒子看得更清楚。

　　中青报·中青网记者 王璟瑄 来源：中国青年报

　　2026年09月18日 08版