幾乎所有日常物品都有質(zhì)量，這在我們看來(lái)再平常不過(guò)。然而在現(xiàn)代物理學(xué)中，“質(zhì)量從哪兒來(lái)”卻不是一個(gè)一目了然的問(wèn)題。粒子物理告訴我們，物質(zhì)的質(zhì)量并非天生自帶，而是與粒子和真空之間的相互作用息息相關(guān)。

這里所說(shuō)的真空，可不是空無(wú)一物的虛空，而是一種充滿(mǎn)復(fù)雜量子結(jié)構(gòu)的物理狀態(tài)。揭開(kāi)這種結(jié)構(gòu)的面紗，正是探究質(zhì)量起源的重要線(xiàn)索。

近年來(lái)，物理學(xué)家找到了一種獨(dú)特的核物理體系來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題——介子核。

就在最近，一項(xiàng)國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)報(bào)告了一種可能的新型介子核：η′介子核。相關(guān)成果已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。這一發(fā)現(xiàn)為了解粒子在核物質(zhì)中的行為提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

介子是怎么“鉆”進(jìn)原子核的？

介子是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的粒子。它們的壽命極短，通常存在不到千萬(wàn)分之一秒。但理論研究表明，在某些特殊條件下，介子有可能被原子核捕獲，并在核內(nèi)形成一種暫時(shí)穩(wěn)定的束縛結(jié)構(gòu)——這就是所謂“介子核”。

這套體系之所以引人注目，關(guān)鍵在于原子核內(nèi)部物質(zhì)密度極高。在如此密集的環(huán)境里，強(qiáng)相互作用的表現(xiàn)可能與常規(guī)狀態(tài)下截然不同，粒子的質(zhì)量也可能隨之改變。

因此，研究介子核就像打開(kāi)一扇窗，讓我們得以窺見(jiàn)強(qiáng)相互作用在高密度環(huán)境中的行為，并進(jìn)一步追問(wèn)粒子質(zhì)量到底從何而來(lái)。

η′介子為什么特別？

在眾多介子中，η′介子一直備受關(guān)注。

這種粒子的質(zhì)量明顯偏大，遠(yuǎn)超許多同類(lèi)粒子。理論物理學(xué)家早就預(yù)言，當(dāng)η′介子進(jìn)入核物質(zhì)環(huán)境時(shí)，它的質(zhì)量可能會(huì)發(fā)生變化。如果能抓住這種變化，就等于為質(zhì)量起源研究找到了關(guān)鍵線(xiàn)索。

正因?yàn)槿绱�，尋找η′介子核便成了近年�?lái)核物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要目標(biāo)。

在加速器里捕捉它的蹤跡

為了尋找η′介子核，研究團(tuán)隊(duì)在德國(guó)GSI亥姆霍茲重離子研究中心開(kāi)展了一項(xiàng)高精度實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)用高能質(zhì)子束轟擊碳靶。當(dāng)質(zhì)子撞上碳原子核時(shí)，原子核可能被激發(fā)并產(chǎn)生η′介子。若條件剛好，這些η′介子就有機(jī)會(huì)被原子核捕獲，形成束縛態(tài)。

研究人員通過(guò)分析反應(yīng)中產(chǎn)生的氘核能量來(lái)追蹤這一過(guò)程。氘核由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子組成，是最簡(jiǎn)單的原子核之一。實(shí)驗(yàn)中用了一臺(tái)高分辨率磁譜儀，用來(lái)精確測(cè)量這些粒子的動(dòng)量。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還啟用了WASA探測(cè)器。這套設(shè)備最初在瑞典烏普薩拉研制，用來(lái)捕捉從反應(yīng)中逃逸的高能質(zhì)子。這些質(zhì)子的信息，能幫我們還原η′介子的產(chǎn)生與衰變過(guò)程。

數(shù)據(jù)里浮現(xiàn)出理論預(yù)言過(guò)的信號(hào)

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，研究人員得到了碳核的激發(fā)能譜。在能譜上，出現(xiàn)了幾處與理論預(yù)期高度吻合的結(jié)構(gòu)特征。這很可能意味著，η′介子在碳原子核中真的形成了束縛態(tài)。

如果這一解釋成立，那就標(biāo)志著科學(xué)家首次拿到了η′介子核存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

此外，結(jié)果還顯示，η′介子處在核物質(zhì)環(huán)境里時(shí)，其有效質(zhì)量似乎有所降低。這一現(xiàn)象與多種理論模型預(yù)測(cè)一致，也為研究粒子在高密度環(huán)境中的性質(zhì)提供了新的支撐。

還需要更多實(shí)驗(yàn)來(lái)敲定

當(dāng)然，眼下的結(jié)果還需要更多實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來(lái)開(kāi)展更高精度的測(cè)量，并尋找更多衰變信號(hào)，以最終確認(rèn)η′介子核是否真實(shí)存在。

一旦這一體系被確證，它不僅能幫我們理解介子在核物質(zhì)中的行為，還可能為探索粒子質(zhì)量的起源打開(kāi)一扇新的實(shí)驗(yàn)窗口。

在基礎(chǔ)物理領(lǐng)域，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)往往需要數(shù)年甚至數(shù)十年的積累。每一次新的測(cè)量，都像是拼上一塊小小拼圖，幫我們一點(diǎn)點(diǎn)看清宇宙最基本的規(guī)律。

（參考：R. Sekiya et al, Excitation spectra of the 12C(p,d) reaction near the η′-meson emission threshold measured in coincidence with high-momentum protons, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/6vsl-ng7x）