“四夸克物質”Zc（3900）：組成世界的“神秘粒子”

物質世界究竟是由什麼組成的？它們按什麼規律“組裝”出了物質世界？這是人類從有了智慧開始，就在探尋的問題。

分子、原子、電子、質子、中子、夸克……對基本粒子的研究是近代科學發展的一條主線。然而，其中幾乎沒有來自中國的貢獻。

重大突破，發生在2013年。這一年的3月26日，北京譜儀(BESIII)實驗國際合作組正式宣佈，發現首個“四夸克物質”Zc(3900)。

成果的第一完成人、中國科學院高能物理研究所研究員苑長征介紹，Zc(3900)粒子的壽命很短，會在10~23秒內衰變爲一個帶電π粒子和一個J/ψ粒子，這一性質與普通介子態完全不同。“一般來說，這一能區的粒子含有粲夸克和反粲夸克，稱爲粲偶素粒子，都是中性的，不帶電荷。但Zc(3900)粒子不僅含有粲夸克和反粲夸克，還帶有和電子相同或相反的電荷。這就提示，Zc(3900)粒子至少含有4個夸克，是我們長期以來一直在尋找的一種新粒子。”

國際學術期刊《自然》認爲：“找到一個四夸克構成的粒子將意味着宇宙中存在奇特態物質”。《物理評論快報》評論：“如果四夸克解釋得到確認，粒子家族中就要加入新的成員。”

如今，這項成果榮獲2023年度國家自然科學獎二等獎。

中國科學院高能物理研究所所長、中國科學院院士王貽芳說：“這一成果是在北京正負電子對撞機及運行於其上的北京譜儀上取得的。正負電子束流在儲存環中被不斷加速，然後在對撞點對撞，安裝在對撞點上的北京譜儀就像一個極其精密的攝像機，觀測並記錄下正負電子對撞後在納秒時間尺度內發生的全部過程，包括各種次級粒子的能量、動量、飛行時間、空間位置等參數，供我們重建整個反應過程以開展相關研究。”

建成於1988年的北京正負電子對撞機，是我國第一個高能加速器。2008年，經過一系列改造升級，北京正負電子對撞機II(BEPCII)和北京譜儀III(BESIII)擁有了更優異的性能。中國科學院高能物理研究所研究員沈肖雁說：“現在1天內獲得的數據約爲過去的100倍，在國際上陶-粲能區的同類裝置中處於領先地位。”

“正是因爲有這樣的大國重器，我們才能率先取得突破。”中國科學院高能物理研究所研究員李海波說，“隨後，BESIII合作組又取得了一系列成果，包括髮現了Zc(3900)新的衰變模式、發現了它的高質量伴隨態Zc(4020)和含奇異夸克的四夸克態Zcs(3985)等。我們密切結合實驗分析與理論研究，將逐步揭示這些奇特態粒子的性質。”

發現Zc(3900)和由此引發的理論和實驗研究還在繼續。今年5月，BESIII合作組首次測得X(2370)粒子的自旋和宇稱量子數，發現其質量、產生和衰變性質都與科學界長久以來尋找的贗標量膠球特性一致。王貽芳說：“我們相信，中國將對世界高能物理研究作出更大貢獻!”(記者 齊芳)