2003年7月30日，中科院高能物理研究所在北京宣布，北京谱仪国际合作组在5800万J/ψ事件的数据分析中，发现了一种新的短寿命粒子，其质量为18.59亿电子伏，自旋为0。这种短寿命粒子通常被称为共振态。这一重要成果发表在国际著名期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）上，引起了国际高能物理界的高度关注。各种新闻媒体都对此事进行了报道，很多人对共振态产生了浓厚的兴趣：什么是共振态？世界上第一个发现共振态的人是谁？新发现的共振态有何意义？
寿命极短的粒子称为共振态。当粒子寿命短于10-10s至10-12s时，很难在探测器上留下轨迹物理资源网，无法直接探测到，只能通过其衰变产物的反应截面来观测。在研究原子核的散射和反应过程中，当入射粒子的能量取一定值时，散射或反应的截面突然变大，而截面随能量变化的曲线与力学中的共振曲线完全相似物理学家事例，所以称之为共振态。量子力学可以证明，这种共振现象的发生，是由于在这个能量附近，入射粒子与原子核结合，形成亚稳态复合核，经过一定时间后，这种亚稳态复合核衰变为终态粒子，这种亚稳态复合核就称为共振态。 共振态具有与稳定强子相似的量子数，如自旋、宇称、同位旋、奇点数、魅力数等，但可以通过强相互作用衰变，其寿命一般较短，为10-20s至10-24s。
1953年，意大利科学家费米（1901-1954）（左）和他的同事安德森（）（右）在美国芝加哥大学同步加速器上做实验时，发现了质子-介子体系中的第一个共振态。但当时人们并没有想到会有这么多的共振态。
1952年，美国物理学家格拉泽（左）建造了世界上第一台气泡室（右为格拉泽和他的气泡室），在以太气泡中显示出宇宙线粒子的轨迹。此后，多个物理研究小组开始利用气泡室进行高能物理研究，并不断研究和发展气泡室技术。
气泡室在高能物理研究中发挥了重要作用。人们首先在质子-反质子湮没中发现了一些共振态，后来在各种反应中出现了几十、几百种共振态。20世纪60年代，物理学家们忙于寻找共振态，这项工作至今仍在继续。由于对高能物理的杰出贡献，格拉泽获得了1960年的诺贝尔物理学奖。
说到共振态，就不得不提美国物理学家阿尔瓦雷斯（Luis ，1911-1988）（左图）。由于阿尔瓦雷斯发展了氢气泡室技术和数据分析方法，才有可能发现许多共振态，这极大地促进了粒子物理学的发展，使人们对物质世界的研究进入了一个全新的阶段。
阿尔瓦雷斯于 1911 年 6 月 13 日出生于美国加利福尼亚州旧金山。他原本在芝加哥大学主修化学，但他认为化学和数学都不适合自己，于是改学物理。阿尔瓦雷斯于 1934 年获得硕士学位，1936 年获得博士学位。随后他进入加州大学伯克利分校的辐射实验室工作，劳伦斯（1901-1958）（右图）担任主任。
阿尔瓦雷斯参与了许多重大的基础和应用科学研究项目，他领导的伯克利辐射实验室成为核物理研究中心，费米当时也在这里工作。
1964年，美国物理学家盖尔曼（1929-）（左）提出，大多数基本粒子是由较新的粒子——夸克构成的。他把夸克分为三类：上夸克（u）、下夸克（d）和奇夸克（s）。他说：“如果我们允许电荷为非整数值，那么我们可以构造一个简单而美丽的方案”，即上夸克、下夸克和奇夸克的电荷数分别为2/3、-1/3和-1/3。质子由两个上夸克和一个下夸克构成；中子由一个上夸克和两个下夸克构成。
盖尔曼的夸克模型（右）被随后的科学实验证实，他因这一成就获得了1969年的诺贝尔物理学奖。
1974年，丁肇中（左一）和里希特（左二）各自发现了新粒子J/ψ，其质量约为质子的三倍。
其寿命比共振态长几万倍，原有的夸克理论已经不能解释新的实验事实，于是引入第四种夸克——粲夸克（c）。
1977 年，美国科学家利昂·马克斯（右图）发现强子由第五个更重的夸克——底夸克（b）组成。基于理论对称性，物理学家预测应该存在第六个夸克物理学家事例，称为顶夸克（t）。
为了寻找顶夸克（t）的踪迹，各国物理学家奋斗了17年。美国、西欧中心、德国、日本等国不惜重金建造大型高能加速器。美国费米实验室的顶夸克小组对可疑夸克的运动轨迹进行了数千次测量（右图），终于在1994年4月26日找到了顶夸克存在的证据（左图为示意图）。
北京谱仪国际合作组新发现的共振态是在分析J/ψ辐射衰变为质子和反质子的过程中发现的，即1974年丁肇中教授和教授发现的由一对正负粲夸克组成的J/ψ粒子衰变为光子和这个新的共振态，这个共振态又衰变为质子和反质子。J/ψ衰变研究是研究轻强子谱和寻找新粒子的理想物理过程。
分析结果显示，这一新共振态的质量为18.59亿电子伏，宽度小于3000万电子伏（左）。需要注意的是，它的质量小于质子和反质子的质量之和。此前，在分析北京谱仪改造前20世纪90年代初获得的800万个事件数据时，发现了这一共振态存在的迹象，但当时由于统计数据有限，还不足以判定它是一个新的共振态。
北京正负电子对撞机和北京谱仪于1999年初升级改造，整体综合性能大幅提升。在随后两年的运行中，北京谱仪共获取了5800万个J/ψ事件，比国际上其他实验组高出一个数量级以上（右图）。北京谱仪国际合作组对这些数据进行了深入细致的分析研究，发现了新粒子，说明高统计量对新发现至关重要。
目前，已经明确排除了用任何已知的共振态来解释这一新共振态的可能性，从而确认它是一种新粒子。由夸克和反夸克组成的粒子在粒子物理学中被称为强子。此前实验观测到的强子都是由两个或三个夸克（反夸克）组成的。
寻找多夸克态一直是国际高能物理实验的重要目标。在早期实验发现的数百种介子共振态和重子共振态中，尚无多夸克态的确凿证据。近来，国际上多个实验组对此进行了探索并取得了重大进展。北京谱仪国际合作组新发现的粒子由于其独特性质，特别是非常窄的宽度，很难归结为通常的夸克-反夸克束缚态，因此被推测为多夸克态。一些物理学家认为，发现的共振粒子可能是重子-反重子束缚态，类似于氘核是质子和中子组成的束缚态。
欧洲核子研究中心著名理论物理学家J.埃利斯在近期发表的一篇综述国际高能物理在该领域研究最新进展的文章中，高度评价了北京谱仪的发现及其对强相互作用理论发展的重要意义。国内外物理学家正从理论和实验两个角度对这一新共振态的性质和衰变特性进行深入的研究和探讨。
（相关资料由高能物理研究所研究部、《高中物理参考》等编著）