「力自己组成物质」：中国主导首次确证胶球存在

50 年的问题,15 年的最后冲刺,100 亿个 J/ψ 衰变事件,700 位科学家,16 个国家 90 个研究机构,共同指向一个结论——X(2370) 是一种以胶球成分为主的粒子。

这条结论来自北京时间 2026 年 8 月 6 日凌晨、巴西纳塔尔第 43 届国际高能物理大会的「特别大会报告」。主导方是南京大学物理学院金山教授与中国科学院高能物理研究所黄燕萍研究员联合领导的 BESIII 国际合作组。

「胶球」三个字放普通粒子物理里已经响亮,但放到中学课本的层级,基本属于「中学考试不考、研究生导师也绕着走」的怪东西。它是量子色动力学（QCD）在 1972 年盖尔曼与弗里奇奠定理论时就预言存在的「纯胶子束缚态」——一团不含任何夸克、只靠强相互作用把自己绑住的粒子。

为什么找胶球要花 50 年

中学课本的套娃图景:物体由分子组成,分子由原子组成,原子有电子和原子核,原子核里有质子中子,质子中子里有夸克。一层套一层,最里面总有个「实心小东西」。

这个图景在最后一层出了问题。夸克确实存在,但它们被宇宙中最强的力——强相互作用——死死绑在一起,永远不能单独出门。负责传递这种力的粒子叫胶子,你可以把它想象成夸克之间的绳子。

关键的反常在这里:与光子不同,胶子之间会直接而强烈地相互作用。两束手电筒光交叉穿过,基本互不影响;两束胶子交叉,会自己纠缠成一团。1972 年,盖尔曼和弗里奇在奠定强相互作用理论时就指出,一群胶子完全可以脱离夸克,自己抱成一团,形成「纯胶子束缚态」——这就是胶球(glueball)。你可以把它比作用「水泥」自己盖起的房子,里面一块「砖」(夸克)都不用。

50 年里陆续出现过多个胶球候选粒子,但争议从未停歇。核心原因:证据链不够完整,无法排除「那只是一个长相奇怪的普通介子」。要真正确认胶球,必须拿出一整套完整的证据链,从多个维度约束,让所有其他可能都无法成立。

X(2370) 是怎么被坐实的

X(2370) 这个名字本身就是「身份待定」的代称——它 2011 年首次在北京正负电子对撞机的 BESIII 探测器里现身,质量约 2370 兆电子伏,大约是两个半质子那么重。

第一步,测自旋和宇称。

自旋和宇称是粒子的核心量子属性,无法直接读数,只能通过大量衰变事例的末态粒子角度分布反推。研究团队花了 13 年积累统计量,2024 年终于完成了最终测量。结果显示 X(2370) 的自旋宇称与理论预言的最轻胶球完全一致。

但这只是必要条件,不是充分条件。某些普通介子同样可以具备类似的自旋宇称值,光凭这一点,还不能说「这就是胶球」。

第二步,测「味单态」。

夸克有六种「味」——上、下、粲、奇、顶、底。不同夸克组成的普通介子,在衰变产物里往往会对某一种「味」表现出明显偏爱。但胶子本身不携带味量子数,所以纯胶球不会偏向任何一种夸克味。

2026 年 8 月宣布的新结果,正是补上了这一步:团队测量了 X(2370) 的多个新衰变模式,发现它表现出典型的「味单态」特征。多条独立证据交叉指向同一个结论,普通介子等其他解释被进一步排除。

至此,完整的证据链是:

为什么这件事重要

胶球的「不平常」在于,它是唯一由「力的传播子」构成的稳定物质形态。质子、中子由夸克组成,普通介子由夸克-反夸克组成,而胶球由纯胶子组成。换句话说,力本身可以直接组成物质。这改写了我们对物质本质的理解。

更深一层的意义是「质量起源」。根据量子色动力学,质子、中子等普通强子的质量绝大部分来自胶子的能量贡献,而非夸克本身的质量(夸克质量加起来不到强子质量的 1%)。胶球作为纯胶子构成的粒子,其质量完全由强相互作用能量转化而来——为研究质量起源提供了独特的研究对象。

《自然》杂志邀请的国际同行评价称:「这一发现改变了我们对物质本质的理解,是粒子物理领域的里程碑式成就。」

国际协作与中国主场

BESIII 国际合作组由 16 个国家、90 多个研究机构的约 700 名科学家组成,中国装置成为这场国际协作的共同主场。探测器自 2008 年完成升级改造以来,累计采集超过 100 亿个 J/ψ 粒子衰变事件,成为陶-粲能区的世界领导者。

金山教授在接受《中国科学报》采访时表示:「正是依托 BESIII 这个国际合作平台,我们才能积累如此海量的数据,吸引全球顶尖科学家共同参与研究,最终实现胶球证实的重大突破。」

值得一提的是,从 20 世纪 80 年代开始寻找胶球的接力,到 2026 年最终证实,这场马拉松历经五代人,花了近 40 年。这期间,不少科研人员做了一半不做了,也有很多人觉得太难不愿意做。令人欣慰的是,总有一些人选择坐冷板凳、坚持到底。

「纯胶球」之后,粒子物理往哪里走

胶球证实不是故事的结尾,而是新问题的开始。理论预言胶球不止一种——就像房子有平房和楼房,按自旋和宇称分类,有「标量胶球」「赝标量胶球」「张量胶球」等多个家族。X(2370) 只是「赝标量」家族中最轻的那一个。

接下来,物理学家会沿着这条证据链继续追:

• 更精确的混合比例测量——X(2370) 可能不是 100% 的纯胶球,而是「胶球 + 普通介子」的混合态。需要更精细的衰变模式分析,定量给出混合比例。
• 「标量胶球」与「张量胶球」的搜寻——这些家族在实验上更难分辨,但理论预言它们应该存在。
• 质量起源机制的进一步实证——胶球质量完全来自胶子能量,这为真空结构与强相互作用的关系提供了新的观测窗口。

而从更广的视角看,基础研究的「长期主义」价值在这项工作中被完整验证。从 1972 年理论预言到 2026 年最终证实,中间隔了 54 年。中间任何一环撤资、换方向、不继续做下去,这条证据链都可能断掉。

8 月初的成果不只是粒子物理的里程碑,也是关于耐心与坚持的教科书。

留给下一步的两个问题

第一个是技术问题:X(2370) 是否真的不含任何夸克成分?学界还需要更多交叉检验。

第二个是科学问题:既然「力可以构成物质」已经被实证,那么有没有可能存在「纯弱力粒子」「纯电磁力粒子」?弱相互作用和电磁相互作用在理论上也可以形成类似的「力的束缚态」,只是实验上更难观测。

这两个问题,可能需要下一代对撞机和探测器来回答。但 50 年前种下的那颗种子,今天终于破土了。