【大紀元2026年06月22日訊】（大紀元記者笛睿編譯報導）普通原子需要「強力」（strong force ，又稱「強交互作用」/strong interaction，或「強核力」/strong nuclear force）與電磁力共同作用才能維持結構穩定，但物理學家長久以來一直思索：能否讓一個不帶電的粒子與原子核結合，創造出一個完全不依賴電磁力、僅憑強力單獨維繫的束縛系統？
由於ή介子（eta prime meson）不帶電荷，因此它無法透過電磁力進行束縛，只能依賴強交互作用——這使它成為驗證上述問題的理想候選粒子。
研究人員以質子束轟擊碳-12，成功讓產生的一個ή介子短暫與碳-11原子核相結合，形成了首個被觀測到的、僅由強力維繫的系統，這同時也為物質質量的來源提供了重要線索。
理想的驗證對象
數十年來，所有已知的原子與核系統都依賴至少兩種基本作用力協同作用：強力將質子與中子束縛於原子核內，電磁力則使電子繞著原子核運動。如今，一支國際物理學家團隊首次找到實驗證據，證明核系統可以僅由強力單獨束縛——這不僅印證了二十年前的理論預測，也為探索物質如何獲得質量這一難題開啟了一扇新的窗口。
要構建一個僅由單一作用力束縛的系統，需要一種具有特殊性質的粒子：不帶電荷。普通原子無法勝任，因為其組成成分——質子與電子——均帶電荷，電磁力始終參與其中。
描述四種基本作用力中的三種（強力、弱力與電磁力；不含引力）的粒子物理標準模型預測，不帶電的介子應能僅透過強交互作用與原子核結合。
ή介子正是理想的驗證對象：它不帶電荷，因此無法透過電磁力束縛；同時它異異常巨大的質量，更使它成為探測強力內部機制的獨特工具。
長期謎題——ή介子為何如此重
ή介子的巨大質量本身就是一個謎團。
自從物理學家史蒂文‧溫伯格（Steven Weinberg）在1970年代提出以來，這個問題被稱為「U(1)問題」。其核心在於：簡單的夸克模型無法解釋ή介子為何如此之重。
現代量子色動力學（QCD）——描述強力的理論框架——認為，ή介子額外的質量來自於一種稱為「手徵對稱性破缺」（chiral symmetry breaking）的現象，以及膠子（gluons）所產生的量子動力學效應。膠子是負責在夸克之間傳遞強力的粒子。
簡言之，「手徵性」（chirality）指的是粒子的左右手性：正如你的右手在鏡中看起來像左手，兩者無法完全重合一樣，某些粒子也存在右手性與左手性兩種形式。當核物質中的這種對稱性被打破時，便會產生ή介子的大部分質量。
預測ή介子質量的這些理論同時指出，當ή介子嵌入原子核內部後，其質量會有所降低。
若能測量到這種質量降低，將成為強有力的證據，證明「手徵對稱性破缺」確實是ή介子質量的來源。進一步來說，也能說明它是所有強子（包括構成可見物質的質子與中子）質量的重要來源。
實驗證明：強力本身就足以形成穩定（雖然極短暫）的核束縛態
如今，一支由日本埼玉縣「理化學研究所」（RIKEN）的物理學家關谷遼平（Ryohei Sekiya）、板橋健太（Kenta Itahashi）與田中良樹（Yoshiki Tanaka）共同領導的國際團隊，成功完成了這項實驗。
他們以接近光速一定比例速度的質子束，轟擊碳同位素碳-12（C-12）的原子核，質子束的轟擊使原子核中的一個中子被擊出。
當該中子與一個質子結合後，形成一個穩定的氘核（deuteron）並高速飛離。同時，剩下的原子核已經轉變成碳-11（C-11），且內部殘留了極其龐大的能量。
這些過剩能量可以產生一個ή介子，而在極少數情況下，該介子會與碳-11原子核結合，形成一種短暫存在、完全由強力維繫的量子態。
ή介子的存在時間極為短暫，約為極短的十萬億億分之一秒（約10⁻²¹秒量級），之後便會衰變。
為了捕捉如此轉瞬即逝的事件，研究團隊使用了一種特別設計的名為WASA的探測器。該裝置能夠辨識當ή介子被原子核吸收時所產生的高能質子。
即便如此，背景雜訊事件仍比真正的訊號多出100至1000倍，使得測量工作異常困難。
儘管面臨重重挑戰，研究團隊仍在數據中發現了與「ή介子-核」（ή-mesic nuclei）——這種「新型態的原子核束縛態」——理論預測相符的峰值結構。
他們的研究成果於4月7日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，結果顯示，ή介子在核物質內部的質量降低了約60MeV/c2。
這項研究的重要意義
這一結果從定性上支持了以下觀點：
• ή介子的質量來自手徵對稱性破缺； • 膠子的量子動力學效應也扮演關鍵角色。
研究人員寫道：「在手徵對稱性恢復的環境中研究質量分布，可以提供有關質量產生機制，以及宇宙演化過程中真空非平凡結構的重要資訊。」
他們還表示：「這些結果顯示，這是首次直接偵測到ή介子-核束縛態，為研究高密度核介質中的介子性質提供了重要資訊。」
研究團隊補充，未來進一步的「目標是測量ή介子的基本產生截面（production cross section）」。◇
責任編輯：李琳#
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