“四夸克物质”Zc3900：组成世界的“神秘粒子”

物质世界究竟是由什么组成的？它们按什么规律“组装”出了物质世界？这是人类从有了智慧开始，就在探寻的问题。

分子、原子、电子、质子、中子、夸克……对基本粒子的研究是近代科学发展的一条主线。然而，其中几乎没有来自中国的贡献。

重大突破，发生在2013年。这一年的3月26日，北京谱仪实验国际合作组正式宣布，发现首个“四夸克物质”Zc(3900)。

成果的第一完成人、中国科学院高能物理研究所研究员苑长征介绍，Zc粒子的寿命很短，会在10~23秒内衰变为一个带电π粒子和一个J/ψ粒子，这一性质与普通介子态完全不同。“一般来说，这一能区的粒子含有粲夸克和反粲夸克，称为粲偶素粒子，都是中性的，不带电荷。但Zc粒子不仅含有粲夸克和反粲夸克，还带有和电子相同或相反的电荷。这就提示，Zc粒子至少含有4个夸克，是我们长期以来一直在寻找的一种新粒子。”

国际学术期刊《自然》认为:“找到一个四夸克构成的粒子将意味着宇宙中存在奇特态物质”。《物理评论快报》评论:“如果四夸克解释得到确认，粒子家族中就要加入新的成员。”

如今，这项成果荣获2023年度国家自然科学奖二等奖。

中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳说:“这一成果是在北京正负电子对撞机及运行于其上的北京谱仪上取得的。正负电子束流在储存环中被不断加速，然后在对撞点对撞，安装在对撞点上的北京谱仪就像一个极其精密的摄像机，观测并记录下正负电子对撞后在纳秒时间尺度内发生的全部过程，包括各种次级粒子的能量、动量、飞行时间、空间位置等参数，供我们重建整个反应过程以开展相关研究。”

建成于1988年的北京正负电子对撞机，是我国第一个高能加速器。2008年，经过一系列改造升级，北京正负电子对撞机II和北京谱仪III(BESIII)拥有了更优异的性能。中国科学院高能物理研究所研究员沈肖雁说:“现在1天内获得的数据约为过去的100倍，在国际上陶-粲能区的同类装置中处于领先地位。”

“正是因为有这样的大国重器，我们才能率先取得突破。”中国科学院高能物理研究所研究员李海波说，“随后，BESIII合作组又取得了一系列成果，包括发现了Zc新的衰变模式、发现了它的高质量伴随态Zc(4020)和含奇异夸克的四夸克态Zcs(3985)等。我们密切结合实验分析与理论研究，将逐步揭示这些奇特态粒子的性质。”

发现Zc和由此引发的理论和实验研究还在继续。今年5月，BESIII合作组首次测得X(2370)粒子的自旋和宇称量子数，发现其质量、产生和衰变性质都与科学界长久以来寻找的赝标量胶球特性一致。王贻芳说:“我们相信，中国将对世界高能物理研究作出更大贡献！”(记者 齐芳)