核物理新突破：科學家發現全新介子核跡象，或可解開質量起源之謎

幾乎所有日常物品都有質量，這在我們看來再平常不過。然而在現代物理學中，“質量從哪兒來”卻不是一個一目了然的問題。粒子物理告訴我們，物質的質量并非天生自帶，而是與粒子和真空之間的相互作用息息相關。

這里所說的真空，可不是空無一物的虛空，而是一種充滿復雜量子結構的物理狀態。揭開這種結構的面紗，正是探究質量起源的重要線索。

近年來，物理學家找到了一種獨特的核物理體系來研究這個問題——介子核。

就在最近，一項國際合作實驗報告了一種可能的新型介子核：η′介子核。相關成果已發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。這一發現為了解粒子在核物質中的行為提供了新的實驗依據。

介子是怎么“鉆”進原子核的？

介子是由一個夸克和一個反夸克組成的粒子。它們的壽命極短，通常存在不到千萬分之一秒。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，并在核內形成一種暫時穩定的束縛結構——這就是所謂“介子核”。

這套體系之所以引人注目，關鍵在于原子核內部物質密度極高。在如此密集的環境里，強相互作用的表現可能與常規狀態下截然不同，粒子的質量也可能隨之改變。

因此，研究介子核就像打開一扇窗，讓我們得以窺見強相互作用在高密度環境中的行為，并進一步追問粒子質量到底從何而來。

η′介子為什么特別？

在眾多介子中，η′介子一直備受關注。

這種粒子的質量明顯偏大，遠超許多同類粒子。理論物理學家早就預言，當η′介子進入核物質環境時，它的質量可能會發生變化。如果能抓住這種變化，就等于為質量起源研究找到了關鍵線索。

正因為如此，尋找η′介子核便成了近年來核物理實驗的一個重要目標。

在加速器里捕捉它的蹤跡

為了尋找η′介子核，研究團隊在德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心開展了一項高精度實驗。

實驗用高能質子束轟擊碳靶。當質子撞上碳原子核時，原子核可能被激發并產生η′介子。若條件剛好，這些η′介子就有機會被原子核捕獲，形成束縛態。

研究人員通過分析反應中產生的氘核能量來追蹤這一過程。氘核由一個質子和一個中子組成，是最簡單的原子核之一。實驗中用了一臺高分辨率磁譜儀，用來精確測量這些粒子的動量。

同時，研究團隊還啟用了WASA探測器。這套設備最初在瑞典烏普薩拉研制，用來捕捉從反應中逃逸的高能質子。這些質子的信息，能幫我們還原η′介子的產生與衰變過程。

數據里浮現出理論預言過的信號

對實驗數據進行分析后，研究人員得到了碳核的激發能譜。在能譜上，出現了幾處與理論預期高度吻合的結構特征。這很可能意味著，η′介子在碳原子核中真的形成了束縛態。

如果這一解釋成立，那就標志著科學家首次拿到了η′介子核存在的實驗證據。

此外，結果還顯示，η′介子處在核物質環境里時，其有效質量似乎有所降低。這一現象與多種理論模型預測一致，也為研究粒子在高密度環境中的性質提供了新的支撐。

還需要更多實驗來敲定

當然，眼下的結果還需要更多實驗來驗證。研究團隊計劃在未來開展更高精度的測量，并尋找更多衰變信號，以最終確認η′介子核是否真實存在。

一旦這一體系被確證，它不僅能幫我們理解介子在核物質中的行為，還可能為探索粒子質量的起源打開一扇新的實驗窗口。

在基礎物理領域，這類實驗往往需要數年甚至數十年的積累。每一次新的測量，都像是拼上一塊小小拼圖，幫我們一點點看清宇宙最基本的規律。

（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）