2026年4月8日，国际学术期刊《物理评论快报》发表了北京谱仪III(BESIII)实验的一项重要研究成果。基于北京正负电子对撞机(BEPCII)上采集的实验数据，BESIII国际合作组首次观测到两种激发态“奇异粒子”——Λ(1520)和Λ(1690)，它们通过辐射衰变产生光子(γ)并转变为Σ⁰超子的过程。这一发现填补了相关实验观测领域长达二十余年的空白，并为研究激发态超子的内部电磁结构提供了关键数据，同时对现有理论模型提出了新的挑战。
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超子：一个探秘“夸克禁闭”的奇异窗口
为了理解这项发现的重要性，我们首先要认识故事的主角：Λ超子。
原子核由质子与中子(统称为核子)构成，而核子又由上夸克和下夸克三种组合而成。Λ 超子可以看作是核子带有奇异性的 “近亲”，它同样由三个夸克组成：一个上夸克、一个下夸克，以及决定其奇异性的关键粒子 —— 奇异夸克。
Λ(1520) 和 Λ(1690) 可以看作是 Λ 超子的 “高能升级版”。它们比普通 Λ 超子能量更高、也更不稳定，寿命极短，大约只有 10⁻²⁴秒，几乎一出现就会衰变，被物理学家称为Λ超子的“激发态”
研究它们内部是怎么构成的、如何产生、又如何衰变，对我们理解夸克世界至关重要。正是这些超子激发态，帮我们揭开强相互作用的秘密 —— 这种力就像 “宇宙胶水”，把夸克紧紧粘在一起;也能解释 “夸克禁闭” 这一神奇现象：为什么夸克只能抱团存在，却从来不能被单独看见。可以说，它们是研究微观强力世界最理想的 “天然实验室”。
辐射衰变：探测粒子电磁结构的手段
那么，物理学家又是如何观测和研究这些转瞬即逝的微观粒子呢?电磁辐射衰变是其中极为关键的手段。简单来说，这是粒子释放出一个光子(γ 射线)，并由此转变为另一种粒子的过程。
为什么这一过程如此重要?因为光子正是传递电磁相互作用的 “信使”。当粒子通过电磁力发生衰变时，发出的光子会直接 “记录” 下粒子内部的电荷分布与磁矩结构。Λ(1520) 衰变时释放的光子，就携带着它内部上、下、奇异三个夸克构成的复杂电磁信息，相当于给我们提供了一次无损 “透视” 其内部结构的宝贵机会。
然而，这类电磁衰变过程极为稀有，因此尽管物理学家早在半个多世纪前就意识到它的重要价值，相关实验观测依然困难重重。比如 Λ(1520) 衰变成光子和 Σ⁰ 这个过程，相关实验数据已经空白了二十多年;而 Λ(1690) 的同类衰变，更是到现在都没有实验观测到。
BESIII探测器：在百亿次碰撞中捕捉微弱信号
这次重要突破的成功实现，既得益于北京正负电子对撞机(BEPCII)的优异性能，也离不开北京谱仪 Ⅲ(BESIII)强大的探测能力。BESIII 是一台世界领先的粒子探测器，依托 BEPCII 运行，坐落于中国科学院高能物理研究所。
研究团队利用 BESIII 探测器积累的海量实验数据，开展了精准测量，其中仅 J/ψ 粒子衰变事例就多达约100 亿 。J/ψ 由粲夸克与反粲夸克组成，被誉为“粲物理的金矿”—— 它能以极高的概率产生各类奇异粒子，其中就包括我们关注的 Λ 超子及其激发态。
物理学家在海量数据里，仔细找出了那些可能出现 J/ψ 衰变成“反Λ、Λ 和光子” ，或是“反Λ、Σ⁰和光子” 的事例。他们重点查看了产物中光子和 Σ⁰超子组合起来的质量特征 ，画出了一张精细的 “质量分布图”。
图 1、γΣ⁰的不变质量分布及拟合结果
在这张图上，两个非常明显的 “尖峰” 清晰地出现了：一个在 1.52 GeV/c² 附近，对应 Λ(1520);另一个在 1.69 GeV/c² 附近，对应 Λ(1690)，如图1所示。
这两个信号的可靠程度极高，分别达到了 16.6 倍 和 23.2 倍 标准偏差。在粒子物理学界，只要达到 5 倍 就足以认定是 “新发现”。这次的结果远远超过标准，相当于第一次确凿地看到了这两种极其稀有的衰变过程 。
精确测量：验证与挑战并存
但物理学家并不满足于 “看到”，还对这些稀有衰变做了精确的定量测量。
研究团队首先测出了 Λ(1520) 两条辐射衰变道的分支比之比 ，也就是两种衰变方式发生概率的比值：
B[Λ(1520) → γΛ] / B[Λ(1520) → γΣ⁰] = 3.19
这个结果非常关键。理论物理学家曾根据“夸克味 SU (3) 对称性” —— 一种描述上夸克、下夸克、奇异夸克在强相互作用中近似对称的理论 —— 预言这个比值大约在 2.5 左右。
BESIII 的测量值在实验误差范围内与理论预测高度吻合，为SU (3) 对称性在激发态超子衰变中依然成立 提供新的实验证据。
但更有意思、也更值得深思的是另一面。
研究团队发现：Λ(1520) 的测量结果虽然和非相对论夸克模型(NRQM)的预测一致，却和相对论组分夸克模型(RCQM) 、代数模型等其他多个主流理论明显对不上。
这就意味着：我们现在用来解释夸克世界的很多理论，在描述这些高能激发态粒子的细微结构时，还不够准确，依然有很大的改进空间。
最大谜团：相似粒子，迥异行为
这次发现最让人意外又困惑的地方，来自 Λ(1520) 和 Λ(1690) 这一对 “姐妹粒子”。它们质量很接近，又都是 Λ 超子的高能激发态，本该行为相似，可在电磁辐射衰变上，却表现出了截然不同的特点。
研究还发现一个差别：Λ(1690) 在衰变成 γΣ⁰ 时信号非常清晰，可它衰变成 γΛ 的过程却完全没有出现 ，如图 2 所示。
图 2、γL的不变质量分布及拟合结果。
实验数据给出了严格上限：Λ(1690) → γΛ 的发生概率，还不到它衰变成 γΣ⁰ 的 8% 。这和 Λ(1520) 两种衰变都能清晰观测到的情况，形成了极其鲜明的对比。
这意味着，这两个质量相近的激发态粒子，在通过释放光子展现内部电磁结构时，表现出了截然不同的行为。
如果把衰变比作 “交流”，Λ(1520) 既能和 Λ 也能和 Σ⁰ 产生信号，而 Λ(1690) 几乎只 “偏爱” 变成 Σ⁰。
这一出乎意料的现象，是目前多数理论模型都没有预料到、也难以解释的。它强烈提示我们：Λ(1520) 和 Λ(1690) 或许并不像原先设想的那样简单，二者内部夸克的运动方式、甚至可能存在的夸克-胶子结构，都可能存在本质差别。
这一新谜题，为研究轻夸克如何构成种类繁多的激发态粒子打开了全新视角，也直接挑战了现有描述轻夸克运动规律的理论体系。
开启新篇章：微观世界探索永无止境
BESIII 实验的这项成果，是超子研究领域的一次重要突破。
物理学家首次找到了 Λ(1520)→γΣ⁰ 和 Λ(1690)→γΣ⁰ 这两种全新的衰变方式，为研究这类高能粒子的内部结构，提供了前所未有的精确实验数据。
更重要的是，Λ(1690) 表现出的这种反常 “偏好”，像一面镜子一样，清楚地暴露出我们现有的物理理论，在解释夸克如何被牢牢束缚在粒子内部时，还远远不够完善。
正如论文中所强调的：
“因此，对这些激发态超子衰变分支比的更精确测量，对于验证理论模型至关重要，同时也为理解受限轻夸克间的相互作用提供了宝贵的见解。”
这项研究不仅充分展现了 BESIII 实验的出色探测能力，Λ(1690) 表现出的奇特衰变方式，更告诉我们：在夸克禁闭的微观世界里，还有大量复杂的结构和运行规律等待我们去发现。
未来，随着 BESIII 收集更多实验数据，以及新一代高亮度对撞机的投入运行，我们有望更细致地 “观测” 这些神秘的激发态超子，一步步揭开它们内部结构的奥秘，从而更深刻地认识强相互作用 —— 这种把夸克紧紧束缚在一起、构成宇宙中所有可见物质的最基本自然力之一。
