当谈到粒子物理学的标准模型时，大多数人错误地认为它是已知的，它是正确的，并且没有关于其有效性的悬而未决的问题。虽然标准模型确实经受住了直接检测实验所带来的所有挑战，但仍有一大堆问题有待回答。虽然构成我们的物质是由原子组成的，原子由质子、中子和电子组成，而质子和中子分别由三个夸克组成——它们都通过强相互作用被胶子结合在一起——但这并不是物质束缚状态的唯一可能方法。
从理论上讲，至少根据量子色动力学（我们的强核力理论），应该有多种方法可以单独制造夸克、反夸克和/或胶子的束缚态。
你可以有重子（每个有 3 个夸克）或反重子（每个有 3 个反夸克）。
你可以有奇异的状态，如四夸克（2 夸克和 2 个反夸克）、五夸克（4 夸克和 1 个反夸克或 1 夸克和 4 个反夸克）或六夸克（6 夸克、3 夸克和 3 个反夸克，或 6 个反夸克）等。
或者，你也可以有单独由胶子组成的状态——没有价夸克或反夸克——被称为胶球。
在刚刚发表在【物理评论快报】（Physical Review Letters）杂志上的一篇激进的新论文中，BES III合作刚刚宣布，一种先前被确定为X（2370）的奇异粒子可能确实是标准模型预测的最轻的胶球。这是这种说法的科学性，以及它的全部含义。
气泡室跟踪来自费米实验室，揭示了产生的粒子和反粒子的电荷、质量、能量和动量。虽然我们可以重建任何一个事件在碰撞点发生的事情，但我们需要大量的统计数据来建立足够的证据来声称任何新粒子物种的存在。图片来源：费米国家加速器实验室/美国能源部/美国国家科学基金会
如果你想在高能物理学的世界里找到一个粒子，仅仅在实验室里创造这个粒子并在它周围建立一个探测器，观察衰变产物并确定在粒子产生时发生了什么是不够的。这种方法的问题在于，在量子宇宙中，很少有一个单一的确定结果可以根据一组给定的初始条件进行预测。相反，你只能预测预期发生的各种结果的概率，然后你需要多次重复观察来确定你的理论预测是否与你观察到的结果一致或冲突。
当您在寻找标准模型中应该存在或发生的东西时，这一点变得尤为重要，但仅限于不常见的、可能是特殊的条件或情况。每个不稳定的粒子——无论是基本粒子还是复合粒子——都有一组它被允许经历的衰变，以及每个衰变路径的频率，这也是可以预测的：称为它的分支比。虽然我们通常认为粒子的产生只有在你有足够的能量从能量中产生时才会发生，但通过爱因斯坦著名的 E = mc² ，现实情况是，许多复合粒子只能从其他已知粒子大量产生时留下的特征中检测到，然后衰变。
标准模型的粒子和反粒子现在都被直接探测到，最后一个坚守者希格斯玻色子在2012年落在大型强子对撞机上。今天，只有胶子和光子是无质量的;其他一切都具有非零静止质量。只有夸克和胶子耦合到强力，并经历QCD相互作用。图片来源：E. Siegel/Beyond the Galaxy
在 20 世纪，标准模型的各种部分汇集在一起。我们发现原子是由原子核和电子组成的，然后原子核本身是由更小的粒子组成的：质子和中子，它们可以进一步分解为夸克和胶子。人们很快发现，夸克不仅有两种类型——上夸克和下夸克——还有更重的、奇特的、短命的夸克。
1947年发现了第一个含有奇异夸克的粒子，即kaon，但直到1964年才发现对它的解释（包括奇异夸克的存在）。
魅力夸克的首次发现是在1974年，当时两个独立的团队发现了一种称为J / ψ的粒子：布鲁克海文的Samuel Ting团队（他以自己的名字命名为「J」，因为Ting的汉字是丁）和SLAC的Burton Richter团队（他们将其命名为「ψ」，与粒子物理学中的其他惯例一致）。
此后不久，底夸克在1977年被发现，标准模型预测的第六个也是最后一个夸克，即顶夸克，于1995年被发现.
所有由这些较重的奇异夸克（或反夸克）组成的粒子从根本上都是不稳定的，不仅必须衰变，而且必须通过弱相互作用衰变，以改变内部组成夸克的种类。所有含有奇异夸克、魅力夸克、底夸克或顶夸克的粒子都不能长期保持稳定;在极小的几分之一秒内，它们会衰变并改变物种，并在此过程中过渡回能量更低、更轻、更稳定的粒子。
当中性kaon（包含一个奇怪的夸克）衰变时，它通常会导致两个或三个介子的净产生。需要超级计算机模拟来了解在这些衰变中首先观察到的CP违规水平是否与标准模型的预测一致或不同意。除了少数粒子和粒子组合外，宇宙中几乎每一组粒子都是不稳定的，如果它们不湮灭，它们会在短时间内衰变。图片来源：布鲁克海文国家实验室
为了让任何类型的复合粒子存在，还必须遵循一些规则：支配宇宙的全套量子规则。
能量必须守恒，这意味着如果你最初想创造一个粒子，你必须有足够的可用能量（通过爱因斯坦的 E = mc² ）才能创造出这个粒子。
电荷、角动量、线性动量和其他量子性质也必须守恒：你只能创造不违反这些守恒定律的粒子（或粒子-反粒子对）。
必须遵守有关自旋或这些粒子固有的角动量的规则，包括母粒子到子粒子的衰变途径。
如果你有任何含有夸克和胶子的实体，这是唯一经历强核力的粒子，你只能创造这些粒子的「无色」组合，即使是一瞬间，如果你想让它们存在的话。
关于强核力和颜色的规则比只有一种电荷（正电荷和吸引力，如重力）或两种电荷（正电荷和负电荷，类似电荷排斥和相反电荷吸引，如电磁）的理论要复杂一些，并且涉及三种基本类型的电荷——颜色电荷——它们都是相互关联的。虽然每个夸克都有一种颜色，每个反夸克都有一种反色，每个胶子都带有一种颜色-反颜色组合，但存在的束缚态都必须是真正无色的。
三个夸克 （RGB） 或三个反夸克 （CMY） 的组合是无色的，夸克/反夸克对的适当组合也是无色的。保持这些实体稳定的胶子交换非常复杂，但需要八个而不是九个胶子。在强相互作用下，禁止使用带有净颜色电荷的粒子。图片来源：Maschen/Wikimedia Commons
这给我们留下了大量可能的组合，也许让一些人感到惊讶，以创造无色的束缚态。
你可以有一个颜色-反色组合，比如夸克-反夸克对，来制造介子。
您可以使用颜色-颜色-颜色或反颜色-反颜色-反颜色组合，例如三个夸克或三个反夸克，以构成重子或反重子。
您可以拥有上述两个选项中的一个或两个选项的多个组合，以仍然保持无色状态;只要有相等数量的「有色」和「反色」粒子，或者有一种粒子比另一种粒子多，是三的倍数，你就可以有一个无色实体，包括四夸克、五夸克、六夸克，或更大的数字或夸克。
或者你可以拥有完全由胶子组成的东西——胶子本质上是带有颜色-反色组合的粒子——根本没有夸克或反夸克，除了那些由于胶子场而在内部产生的夸克。
最后一种可能性在粒子物理学中很少被讨论，因为由此产生的实体——胶球——不仅从未被探测到，而且计算胶球的预期性质对20世纪的物理学家来说是一项艰巨的任务。
今天，费曼图被用于计算跨越弱力和电磁力的每个基本相互作用，包括在高能和低温/凝聚条件下。包括高阶的「循环」图可以更精细、更准确地近似宇宙中数量的真实值。然而，强相互作用不能以这种方式计算，必须进行非扰动计算机计算（Lattice QCD）或需要实验输入（R-ratio方法）才能解释它们的贡献。图片来源：V. S. de Carvalho 和 H. Freire，Nucl。物理B， 2013
但在21世纪，我们可以进行这些计算。不同之处在于，在20世纪，我们计算量子系统性质的唯一可靠技术是扰动法：你计算越来越复杂的相互作用项，以获得越来越准确的答案。这种方法在量子电动力学方面非常成功（在更远的距离上相互作用强度变小，在低能量下具有较小的耦合常数），在量子色动力学方面却失败了，因为随着距离的增加，强力会变大，其耦合常数很大。
然而，随着高性能计算的出现，一种新技术出现了：莱迪思QCD技术。通过将时空视为具有非常小固有间距的离散网格，我们可以对更大规模的现象进行预测：QCD束缚态的约束，夸克-胶子等离子体产生的条件，甚至对各种束缚态的质量进行预测，不仅包括质子和中子，还包括重束缚态和奇异束缚态。换句话说，虽然我们在 1990 年代无法计算出四夸克、五夸克和胶球的全套预期性质，但我们可以在 2020 年代进行计算——精确到只有几个百分点的不确定性。
胶子不仅仅是将夸克结合在一起的粒子;它们也可能是将自己结合在一起形成称为胶球的无夸克球的粒子。最轻的胶球状态可以从电子-正电子对撞机中产生的粒子衰变中揭示出来。图片来源：格拉斯哥大学/BNL
从理论上讲，这些预测现在包括一个最轻的胶球状态：它应该是一个伪标量，总自旋为0，没有电荷，奇偶校验，静止质量在2.3到2.6 GeV/c² 之间。如果你想尝试通过实验创造这种胶球状态，你最好的办法是创造一个复合粒子，其质量略大于这个值，但其衰变会产生大量的胶子和强子：这是寻找胶球的理想场所。由于用现代技术生产它是多么容易，而且因为它恰恰具有这些特性，J/ψ粒子的衰变通常被认为是寻找这些潜在胶球状态的好地方。
每当一个J/ψ粒子被创造出来时，它大约有26%的几率会衰变成一个光子（然后可以衰变成含夸克的粒子或轻子-反轻子对），大约64%的几率会衰变成三个胶子，大约9%的几率会衰变成一个光子和两个胶子。尽管大多数衰变都是平凡的，并且很好理解，但最轻的胶球的微小贡献可能会导致其中一些衰变通道。特别是，如果 J/ψ 粒子衰变成：
一个光子，
一个 η' 粒子,
还有一对kaons或一对pions，
如果 η′ 与 Kaon/Pion 对对应于最轻的胶球状态，则数据中可能会出现共振。
中国北京电子-正电子对撞机2号的BES III实验以2至4.7 GeV的能量碰撞电子和正电子，以产生各种已知和以前未知的粒子，包括奇异的QCD态。多种四夸克态的发现已经来自这次合作，X（2370）现在成为可能的胶球粒子的令人兴奋的候选者。图片来源：BES III合作
有史以来为研究J/ψ粒子而建造的最大的「工厂」位于北京的电子-正电子对撞机，称为北京光谱仪III（BES III），该对撞机于2008年开始以现代形式获取数据。仅在第一年，BES III就积累了约2.26亿个产生J/ψ粒子的事件，截至2023年底，累计数量现已超过100亿J/ψ粒子。因此，即使是从这些衰变中出现的罕见事件和共振，现在也可以被探测。还发现了一些奇异态：一类称为XYZ介子的粒子，现在已知包括四夸克等奇异态。
总而言之，通过BES III收集的数据，他们可以宣布一种称为X（2370）的新复合粒子的明确证据，其中包括：
质量为 2.395 GeV/c²
自 0 的自旋，
大约0.000013的分支分数[意味着每76,000个J/ψ粒子中约有1个会衰变成包含X（2370）的东西]，
这似乎具有高达 11.7 σ的累积统计显着性。
在粒子物理学中，一个显著性超过5 σ的结果只有0.00006%的几率是统计学上的侥幸，而任何比这更重要的结果都超过了宣布真正发现的「黄金标准」。
最初，已知存在的唯一强子是三个夸克（重子）、三个反夸克（反重子）和夸克-反夸克对（介子）的组合。现在，已知还存在更多奇异的状态，例如四夸克，包括此处所示的Z_c（3900）。胶球、五夸克和其他奇异生物仍然具有诱人和预期的可能性。图片来源：APS/Alan Stonebraker
虽然该粒子最初被宣布为2.370 GeV/c² ，这就是为什么它被称为X（2370），但最新的实验结果表明，它的质量更准确地说是2.395 GeV/c² ，实验不确定度为0.011 GeV/c² 。同时，2019年发表的莱迪思QCD的最新理论结果预测质量为2.395±0.014 GeV/c² ，这表明实验与理论之间存在惊人的一致性。这种粒子X（2370）存在，并且比以往任何时候都更好地测量其特性，这项最新研究是第一个测量其自旋和奇偶性的量子数的研究.
虽然所有这些都与该粒子是有史以来检测到的第一个胶球一致，但是，仍然有理由保持谨慎。首先，已经发现了其他X介子，它们只是涉及夸克和反夸克组合的共振，而不是胶球。另一方面，从J/ψ衰变中观察到的X（2370）的产生率有点太高，无法与胶球解释一致，尽管该解释仍在审查中。最后，对 X（2370） 测得的负奇偶校验与它是伪标量而不是标量是一致的，但这只能与胶球解释保持一致：而不是一个冒烟的信号，表明它本质上确实是一个胶球。
J/ψ系统可以衰变成一个光子和两个胶子，然后两个胶子可以结合在一起，暂时产生一个X（2370）奇异粒子。虽然它的性质还不是100%确定，但将X（2370）解释为胶球仍然令人信服，如果是这样，它将是第一个通过实验发现的胶球粒子。图片来源：Physical Review Letters/Twitter
这项研究的核心问题是胶球是否存在，正如标准模型和QCD理论所预测的那样，它们必须存在，以及X（2370）的观测结果是否足以将其确立为胶球状态本身。这些最新结果 - 历史上最强大和最强大的结果 - 支持将X（2370）解释为潜在的胶球状态，并使我们更接近于将标准模型的这一关键方面进行关键测试。然而，在关于它的生产率和分支比率的问题得到充分回答之前，我们必须对这样一个事实保持开放的态度，即这可能只是另一种「异国情调」的状态，就像四夸克一样，它不仅仅是由胶子组成的。
然而，由于超过100亿J/ψ粒子的衰变，产生了数十万个X（2370）粒子，我们现在已经可靠地测量了这种奇异粒子比以往任何时候都多的性质。它现在是胶球最引人注目、最有趣的候选者：一种应该存在的复合粒子，但以前从未见过。还需要做更多的工作来确定X（2370）粒子的全部性质，但这是有史以来向世界提出的胶球存在的最有力证据。如果自然界中不存在胶球，那么标准模型就出现了一些新问题。然而，如果胶球确实存在，那么X（2370）可能是第一个向人类揭示的胶球。
