中國電子對撞機發現4夸克物質 當選美國《物理》雜誌2013年最重要成果
北京譜儀實驗國際合作組(BESIII合作組)於2013年3月發現的四夸克物質Zc(3900),入選美國物理學會(APS)《物理》雜誌評選的2013年國際物理學領域重要成果,並在11個入選項目中位列第一。同時入選的還有中科大在量子計算機領域取得的成果。

四夸克物質Zc(3900)內部結構示意圖
北京譜儀發現全新粒子
美國物理學會主編的《物理》雜誌2013年12月30日公佈了2013年國際物理領域重要成果,北京譜儀國際合作組的成果“發現四夸克物質”位列十一項進展之首。
該雜誌網站稱:“以前所有的實驗都告訴我們,夸克總是兩個或三個一起出現。今年夏天,在中國的北京譜儀Ⅲ合作組和在日本的Belle合作組報道,在高能正負電子對撞中發現了一個‘神秘粒子’,其中含有四個夸克。雖然人們對這個被稱為Zc(3900)粒子的性質有多種解釋,但‘四夸克態’的解釋得到了更多關注。北京譜儀Ⅲ之後又發現了一系列含四個夸克的粒子。”
據介紹,這個評選在物理學界極有公信力和影響力,入選成果在物理學界內外都曾引起轟動。同時,評選還綜合考慮了成果在網絡上的影響力、創新性,以及產生更先進技術的可能性等。

四夸克物質Zc(3900)的共振結構
BESIII合作組於2013年3月宣佈發現了一個新的共振結構Zc(3900),因為其中含有一對正反粲夸克且帶有和電子相同或相反的電荷,提示其中至少含有四個夸克——這極有可能是科學家們長期尋找的介子分子態或四夸克態。
這一發現立即引發了實驗和理論研究的熱潮,得到了國際物理學界的高度評價。《自然》雜誌發表了題為《夸克四重奏開啓物質世界新視野》的文章,強調“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》的評論則指出“如果四夸克解釋得到確認,粒子家族中就要加入新的成員,我們對夸克物質的研究就需要擴展到新的領域”。
在之後的研究中,BESIII合作組又取得了一系列成果:宣佈發現了一種Zc(3900)新的衰變模式,並確定了其自旋—宇稱量子數;在兩個不同的衰變末態中發現了兩個新的共振結構,分別命名為Zc(4020)和Zc(4025),它們極有可能是Zc(3900)的質量較高的伴隨態;首次觀測到X(3872)在Y(4260)輻射躍遷中的產生。實驗結果表明,Zc(3900)與此前發現的X(3872)、Y(4260)等粒子之間可能存在着實質性的關聯,應當放在統一的框架內進行理論研究,探索它們的性質。

經過升級的北京正負電子對撞機
中國對撞機助力基礎科學研究
北京正負電子對撞機(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一, 是我國第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基礎設施;由長202米的直線加速器、輸運線、周長240米的圓型加速器(也稱儲存環)、高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲存環的同步輻射實驗裝置等幾部分組成,外型象一隻碩大的羽毛球拍。
北京正負電子對撞機(BEPC)是在鄧小平同志親切關懷下建設的國家大科學裝置,1984年10月動工興建,1988年10月完成建設,成功實現正負電子對撞。1988年10月20日,《人民日報》報道這一成就,稱“這是我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衞星上天之後,在高科技領域又一重大突破性成就”。
北京正負電子對撞機自建成運行以來,迅速成為在20億到50億電子伏特能量區域居世界領先地位的對撞機,優異性能為我國開展高能物理實驗創造了條件,取得了一批在國際高能物理界有影響的重要研究成果。BEPC是當時世界上唯一在τ輕子和粲粒子產生閾附近研究τ-粲物理的大型正負電子對撞實驗裝置,也是該能區迄今為止亮度最高的對撞機。
2004年至2008年,北京正負電子對撞機進行了重大改造工程,並新建了北京譜儀,性能處於該能區同類裝置的國際領先地位,每天獲取的數據提高了兩個數量級,為研究提供了支撐。
據中科院高能所所長王貽芳介紹,在過去20多年中,北京同步輻射裝置不僅為凝聚態物理、化學化工、生命科學、地球科學、環境科學、醫學、計量學和光學等學科的基礎研究及應用基礎研究,提供了強有力的實驗手段,還為一些國家重大需求提供了重要的技術支持。目前,北京同步輻射裝置每年為100多個科研單位的500多個課題提供服務。2007—2012年,用户發表科技論文934篇,取得了一系列重要科研成果。
“破解量子黑客隱患”也入選
《物理》雜誌評選出的其他10項研究成果分別為:太陽系外來客;暗物質探索依然不明朗;光波駐足一分鐘;望遠鏡探測到古老宇宙光線扭曲;聲音“激光”;氫原子宏觀影像;小尺寸研究設備;馬約拉納費米子在納米線中湮滅;量子研究長足進展;和黑洞的內部結構。
其中在量子研究領域,該雜誌提到了中國科學家成功解決量子黑客隱患的成果。
中科大潘建偉院士及其同事張強、馬雄峯、陳騰雲等“利用測量器件無關量子密鑰分發解決量子黑客隱患”的研究成果,發表在2013年9月24日出版的國際權威物理學期刊《物理評論快報》上,得到美國《科學》雜誌、美國物理學會《物理》雜誌和英國著名新聞刊物《經濟學人》等多家刊物專題報道。
據悉,這也是潘建偉及其同事在量子通信和量子計算領域的研究成果第十次入選歐洲物理學會或美國物理學會國際物理學“年度重大進展”,標誌着中國在量子通信研究方向上繼續保持着國際領先地位。

北京正負電子對撞機鳥瞰

北京正負電子對撞機儲存單環

北京正負電子對撞機儲存雙環

北京譜儀線圈

北京正負電子對撞機解析出SARS冠狀病毒蛋白酶的三維結構