編者按：近年來，在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助下，一大批在國內(nèi)外具有重要影響的科研成果脫穎而出。本報(bào)從今天起開設(shè)“走基層 看創(chuàng)新——重大科研成果見聞”欄目，報(bào)道介紹一批2013年在國家自然科學(xué)基金資助下產(chǎn)生的重大成果。
人們對(duì)于構(gòu)成物質(zhì)世界的基本粒子的探索，總是永無止境。
在很長一段時(shí)間內(nèi)，原子被認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒。直至20世紀(jì)初，物理學(xué)家才發(fā)現(xiàn)原子并不是最小的微粒。原子由原子核和電子組成，而原子核又由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子則由更小的“小不點(diǎn)”——夸克組成。所有的物質(zhì)均由6種夸克和6種輕子（如正、負(fù)電子，中微子等）組成，物理學(xué)家將其統(tǒng)稱為“基本粒子”。
如今，中國的科學(xué)家正在這一舞臺(tái)上作出重要貢獻(xiàn)。去年3月，北京譜儀（BES）Ⅲ實(shí)驗(yàn)國際合作組宣布發(fā)現(xiàn)了可能的四夸克態(tài)Zc（3900）。今年，該合作組再度宣布發(fā)現(xiàn)性質(zhì)類似的Zc（4020）/Zc（4025）。
在探索物質(zhì)基本粒子的道路上，北京譜儀實(shí)驗(yàn)組的科學(xué)家正在大步前行。
有點(diǎn)幸運(yùn)的收獲
傳統(tǒng)的夸克模型認(rèn)為，介子由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成，重子由三個(gè)夸克或三個(gè)反夸克組成。介子和重子統(tǒng)稱為強(qiáng)子，但在高能物理領(lǐng)域，描述強(qiáng)相互作用的理論并不排除以其他方式組成的粒子，例如多夸克態(tài)、膠子球、夸克膠子混雜態(tài)等。
長期以來，科學(xué)家對(duì)這些奇特強(qiáng)子的尋找從未止步?！氨M管國際上很多實(shí)驗(yàn)對(duì)強(qiáng)子譜進(jìn)行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)了一系列新的共振結(jié)構(gòu)，但由于數(shù)據(jù)的匱乏和理論的局限，尚不能確定這些粒子的屬性?！敝锌圃焊吣芩L王貽芳介紹說。
北京譜儀實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家在“偶然”中發(fā)現(xiàn)了可能的奇特態(tài)粒子。
中國科學(xué)院大學(xué)教授、北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)國際合作組聯(lián)合發(fā)言人鄭陽恒介紹說，2005年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)用夸克模型很難解釋的奇特粒子Y（4260）?！拔覀?cè)赮（4260）能區(qū)獲取數(shù)據(jù)樣本，試圖對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步探索。在這一過程中，北京譜儀實(shí)驗(yàn)Ⅲ國際合作組發(fā)現(xiàn)了Zc（3900）?？梢哉f，我們是比較幸運(yùn)的。” 2013年3月26日，BESⅢ合作組對(duì)外宣布了這一發(fā)現(xiàn)。由于Zc（3900）含有一對(duì)正反粲夸克且?guī)в泻碗娮酉嗤蛳喾吹碾姾桑崾酒渲辽俸兴膫€(gè)夸克——這極有可能是科學(xué)家長期尋找的介子分子態(tài)或四夸克態(tài)。
成功離不開基金委的資助
中國科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)得到國際物理學(xué)界的高度評(píng)價(jià)。
《自然》雜志、《物理評(píng)論快報(bào)》等紛紛對(duì)該成果進(jìn)行報(bào)道。國際物理學(xué)頂級(jí)期刊、美國物理學(xué)會(huì)主編的《物理》雜志將其選為2013年國際物理學(xué)領(lǐng)域重要成果。
在王貽芳看來，盡管BESⅢ實(shí)驗(yàn)國際合作組采取國際合作組織的形式進(jìn)行科學(xué)研究，但其實(shí)驗(yàn)裝置在中國，“基本上都基于高能所北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上的大型通用探測(cè)器”。因此，90%以上的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施和軟件建設(shè)都由中國科學(xué)家完成，80%左右的數(shù)據(jù)分析也是由中國科學(xué)家承擔(dān)。
北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)國際合作組發(fā)言人、中科院高能所研究員沈肖雁表示，北京譜儀實(shí)驗(yàn)得到基金委、科學(xué)院和科技部的長期支持，對(duì)實(shí)驗(yàn)組不間斷的經(jīng)費(fèi)支持使合作組的研究不斷取得突破。
她介紹說，從2009年到2014年，該項(xiàng)目科研人員得到多個(gè)基金委重點(diǎn)、面上及青年基金項(xiàng)目的支持，獲得經(jīng)費(fèi)約3000萬元；獲得基金委和科學(xué)院聯(lián)合基金項(xiàng)目的批準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)約2500萬元?！敖?年來，有兩人得到基金委杰出青年基金資助，1人得到優(yōu)青資助，已培養(yǎng)博士后12人、博士65人、碩士35人?！?/p>
“在基金項(xiàng)目的支持下，目前國內(nèi)高校的高能物理實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍也在不斷壯大。”沈肖雁說。
探索永無止境
對(duì)于未知奇特態(tài)粒子的探索，科學(xué)家的腳步從未停止。
2014年，北京譜儀Ⅲ合作組又在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了與Zc（3900）性質(zhì)類似的Zc（4020）/Zc（4025）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Zc（3900）與此前發(fā)現(xiàn)的X（3872）、Y（4260）等粒子之間可能存在實(shí)質(zhì)性的關(guān)聯(lián)，應(yīng)放在統(tǒng)一的框架內(nèi)進(jìn)行理論研究。
自今年2月以來，合作組已在4.6千兆電子伏和4.42千兆電子伏能量處采集了大量數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家希望能利用新的數(shù)據(jù)獲得進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。
“為何選擇在這兩個(gè)能區(qū)獲取數(shù)據(jù)？因?yàn)槲覀兿Ｍ麑ふ业娇赡艿摹①|(zhì)量更高的Zc（3900）的伴隨態(tài)?！鄙蛐ぱ憬榻B說，科研人員希望能發(fā)現(xiàn)更多的可能的多夸克物質(zhì)，并對(duì)其性質(zhì)作進(jìn)一步探索和研究。
“對(duì)超出傳統(tǒng)夸克模型的新型強(qiáng)子態(tài)的尋找，一直是北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)最重要的物理目標(biāo)之一。Zc（3900）等新共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)，為尋找和研究新型強(qiáng)子態(tài)開啟了一扇大門。”沈肖雁表示。
未來科學(xué)家能否有新的發(fā)現(xiàn)？能否真正揭示這些奇特態(tài)粒子的真面目？對(duì)于這樣的問題，北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)國際合作組執(zhí)行委員會(huì)委員、清華大學(xué)教授高原寧給出了意味深長的答案：“對(duì)于科學(xué)家來說，很多時(shí)候你并不知道將得到什么樣的結(jié)果。如果你提前知道答案，也許你根本不會(huì)去做?！?/p>
或許，這才是科學(xué)研究真正的魅力所在。
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