强子是具有强相互作用的基本粒子，包括质子、中子和介子。强子由夸克组成。例如，质子和中子由3个夸克组成，p介子和K介子由2个夸克组成。 1972年，盖尔曼和弗里奇提出了强相互作用理论——量子色动力学。理论预测的胶子是一种玻色子，负责传递强核力，将夸克“结合”在一起形成质子、中子和其他强子。
此后，物理学家一直希望在实验中观察到胶子的存在，但由于强相互作用的复杂特性，一直未能发现。直到1979年，Mark-J实验才发现了“三射流”现象，并证实它们起源于胶子的发射。
今年9月3日是诺贝尔奖获得者丁肇中先生领导的Mark-J实验团队发现胶子40周年。作为粒子物理史上重大科学发现的见证者，中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所原所长陈和生回顾了这一历史时刻。
参与Mark-J实验
▲1977年8月17日，邓小平同志会见丁肇中教授夫妇及女儿
1977年8月17日，邓小平同志回国后不久，会见了诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授，并亲自同意派中国物理学家到德国汉堡丁肇中领导的实验组，参加粒子物理实验和培育高能物理实验研究。的人才。
▲首批前往丁肇中实验组参加Mark-J实验的十名科研人员与实验室秘书合影（右一为唐晓伟）
1978年1月，唐晓伟教授带领的中国物理学家团队抵达德国汉堡DESY（德国同步加速器中心），参加丁肇中在PETRA正负电子对撞机上的Mark-J实验。这是中国科技对外开放的一个重要里程碑。此后，大批中国访问学者和留学生开始前往西欧、日本、美国等西方发达国家留学，对中国科技改革开放产生了深远影响。
▲1978年11月，陈和生（前排右二）赴德国前在中科院高能研究所参加培训班。
1979年4月，第二批15名中国研究生也来到丁肇中实验组工作学习。
在德国汉堡，中国物理学家参与了Mark-J探测器的设计和研发，并做出了重大贡献。 PETRA正式投入运行后，中国科学家参与了实验运行值班、探测器维护改进、数据分析等工作。
揭开胶子之谜
强相互作用是自然界四种相互作用类型之一。强子是具有强相互作用的基本粒子，包括质子、中子和介子。强子由物质微观结构更深层的粒子——夸克组成。质子和中子包含 3 个夸克，p 介子和 K 介子包含 2 个夸克。 1972年，盖尔曼和弗里奇提出了强相互作用理论——量子色动力学。该理论预测胶子是一种负责传递强相互作用的玻色子。胶子将夸克“捆绑”在一起形成质子、中子和其他强子。自20世纪70年代初以来，物理学家一直希望在实验中观察到胶子的存在，但由于强相互作用的复杂特性贝语网校，一直未能发现。
1979年8月，Mark-J实验发现了“三重喷流”现象，并证实它们起源于胶子的发射。这是改革开放40年来我国科学家参与的首次高能物理重大国际合作，并由此分享了首次实验发现夸克间强相互作用载体胶子的重大科学发现。
1979年8月，在美国费米实验室举行的国际轻子光子研讨会开幕式上，纽曼教授代表Mark-J实验组报告了Mark-J实验发现胶子注入的重大物理成就[1].
报告中描述的调查结果的关键是：
(1) 将Mark-J实验数据与胶子轫致辐射的QCD预测进行比较；
（2）排除了其他模型，包括夸克-反夸克碎裂和重夸克衰变，这些模型在当时还没有被很好地理解。
在高能电子-正电子碰撞中，电子和正电子通常会成为一对背靠背的高速“射流”，即两个射流实例。每个喷射流都是一组沿非常接近的方向移动的高速喷射流。粒子。实验发现胶子喷流的关键是找到具有第三种喷流的实例。第三射流可能是由辐射产生的胶子形成的。但这个过程也可能来自重味夸克弱衰变和碎裂产生的“三重注入”案例等过程产生的背景。单个三射流情况不能用来证明胶子射流的存在。
到 1979 年春天，人们清楚地认识到，在“三重注入”事件中，不能单独使用单个实例来确定胶子注入的存在。确定胶子注入信号需要分离出具有统计学意义的平面事件样本，并在考虑可能的背景效应后，将其与 QCD 预测的夸克、反夸克和胶子的产生速率和形状进行定量比较。 。为了证明在高能量下观察到的“三射流”实例只能来自辐射胶子，这一结论必须依赖于对背景细节不敏感的分析，例如破碎过程中粒子相对于射流轴的横向方向。动量，以及用于描述重味夸克的碎片函数。
受到国际高能物理界高度评价
1979年9月，Mark-J实验在《物理评论快报》上发表了发现胶子的结果[3]，受到国际高能物理界的高度评价。
1979年9月2日，《纽约时报》评论说：“这是一项关于核粒子的国际集体研究成果，重要贡献来自中国。27名中国科学家参与了这项关键实验。总共约有300多名来自许多国家的物理学家在四个相互关联的实验中合作进行研究。”
1979年国际轻子光子研讨会结束后不久，时任DESY实验室主任的 教授在一次研讨会上回顾了PETRA正负电子对撞机实验的所有证据[4]。他写道，纽曼在国际轻子光子研讨会上提出的分析测试了数据与胶子的兼容性，并排除了夸克-反夸克模型作为来源：“这里显示出非常令人信服的方法哪个物理学家发现质子，注意到 Mark-J 的实验数据与辐射胶子假说，从而排除了该模型的夸克-反夸克版本。” “Mark-J 是第一个通过统计发现‘三喷’模型的人。” 1980年2月号的《今日物理学》[5]中强调：“……告诉我们，Mark-J实验是第一个以统计学上显着的方式报告了QCD预测的“三喷流”。模型实验证据。”
▲1988年5月，时任DESY所长 教授（左四）访问高能所，并参观了北京光谱仪控制室。 （左二为丁肇中，左三为时任高能所所长叶明翰，左五为陈和生）
物理学界认为胶子的发现是粒子物理学的关键发现之一。 1995年，纽曼教授和陈和生代表Mark-J实验组前往比利时布鲁塞尔举行的欧洲物理学会高能物理会议，接受欧洲物理学会颁发的胶子发现特别奖。
参考
[1] H.，“Mark-J 在 PETRA 的第一年”，TBW Kirk 和 HDI ()，1979 年，1979 年，第 3 页。
[2] A.，J. Ellis，EG 和 MK，Nucl。物理。 B138（1978）387。
[3]“三架喷气机和 PETRA 的测试”，Mark-J，DP 等人，Phys。莱特牧师。 43、830-833（1979）。
[4] H.，“来自 PETRA 的 e+e- 中的新内容”，第 10 届国际会议，果阿，1979 年 9 月； DESY 79/79，1979 年 12 月。
[5] G.，“来自 PETRA 的 QCD 补充”，Today，Vol。 33，第2期哪个物理学家发现质子，1980年，17-19。