30年前，粒子物理學(xué)家以發(fā)現(xiàn)底偶素(由正反底夸克構(gòu)成的束縛態(tài))家族的粒子為樂事，這種粒子包含一個(gè)底夸克和一個(gè)反底夸克，并以不同的能量結(jié)合在一起。此后，研究人員想方設(shè)法地想要確定這些微小而重要粒子的最低能量態(tài)?，F(xiàn)在，美國(guó)能源部斯坦福線性加速器中心(SLAC)負(fù)責(zé)承擔(dān)巴巴(BaBar)合作實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作小組第一次探測(cè)與測(cè)量出底偶素家族能量最低的粒子ηb。這一令人興奮的突破性成果，將對(duì)理解基本粒子的強(qiáng)作用產(chǎn)生重大影響。

　　每個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)都包含一種“基態(tài)”，即系統(tǒng)任何時(shí)候都想獲得的一種最低能量水平，一旦得到就會(huì)釋放能量?；鶓B(tài)提供了一個(gè)基線，可由此測(cè)量出這個(gè)粒子其他更高的能量態(tài)，它也是決定夸克如何交互作用與行為基本法則的關(guān)鍵。

　　當(dāng)?shù)卓淇伺c反底夸克被強(qiáng)力拉在一起時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)夸克“原子”。這種底夸克“原子”ηb，能激發(fā)至不同的高能態(tài)，從第一激發(fā)態(tài)Y(1S)到更高的Υ(2S)、Υ(3S)等能量態(tài)。

　　為了確定這個(gè)基態(tài)，研究人員收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，其中包括一個(gè)電子與正電子碰撞所創(chuàng)造出的一個(gè)處于Υ(3S)態(tài)的底夸克與反底夸克結(jié)合對(duì)，反過來他又因發(fā)射出一條γ射線而衰變，留下ηb基態(tài)，接著又衰變成更多的粒子。由于每探測(cè)二三千次Υ(3S)衰變，才發(fā)生一次這樣的系列事件，導(dǎo)致研究人員需要收集超過1億次的Υ(3S)態(tài)碰撞，才得以確保對(duì)ηb的精確測(cè)量。

　　基于自旋在夸克相互作用中的角色，在ηb中，底夸克與反底夸克的運(yùn)動(dòng)與Υ(1S)的略有不同，從而在這些粒子間引入具有極小差別的能量。在Υ(1S)與ηb之間，這種輕微的分離，被稱為超精細(xì)分離，之前也曾在粲夸克系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)過，但在底夸克系統(tǒng)中被觀測(cè)到，這還是首次。超精細(xì)分離如此之小，以致于實(shí)驗(yàn)人員不得不花費(fèi)超長(zhǎng)的時(shí)間才確定發(fā)現(xiàn)ηb。

　　巴巴實(shí)驗(yàn)物理分析協(xié)調(diào)員、美國(guó)愛荷華州立大學(xué)物理學(xué)教授索倫?普萊爾表示，因?yàn)榈卓淇吮若涌淇酥?，給理論物理學(xué)家提供了一個(gè)更有力的手段來理解這種現(xiàn)象。矛盾的是，雖然很難探測(cè)到最重夸克，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量(底夸克為第二重，最重的是頂夸克)，卻能對(duì)強(qiáng)作用力的基本屬性作出一些最精確的測(cè)量。

　　來自加拿大、法國(guó)、德國(guó)、意大利、荷蘭、挪威、俄羅斯、西班牙、英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家的74個(gè)研究機(jī)構(gòu)，近500名科學(xué)家和工程師組成的大型國(guó)際合作組參與了這一巴巴實(shí)驗(yàn)。合作人員期望，能通過未來幾個(gè)月最新數(shù)據(jù)的收集，發(fā)表進(jìn)一步的研究結(jié)果。