30年前，粒子物理学家以发现底偶素（由正反底夸克构成的束缚态）家族的粒子为乐事，这种粒子包含一个底夸克和一个反底夸克，并以不同的能量结合在一起。此后，研究人员想方设法地想要确定这些微小而重要粒子的最低能量态。现在，美国能源部斯坦福线性加速器中心（SLAC）负责承担巴巴（BaBar）合作实验的国际合作小组第一次探测与测量出底偶素家族能量最低的粒子ηb。这一令人兴奋的突破性成果，将对理解基本粒子的强作用产生重大影响。

 

每个物质系统都包含一种“基态”，即系统任何时候都想获得的一种最低能量水平，一旦得到就会释放能量。基态提供了一个基线，可由此测量出这个粒子其他更高的能量态，它也是决定夸克如何交互作用与行为基本法则的关键。

 

当底夸克与反底夸克被强力拉在一起时，就会形成一个夸克“原子”。这种底夸克“原子”ηb，能激发至不同的高能态，从第一激发态Y（1S）到更高的Υ（2S）、Υ（3S）等能量态。

 

为了确定这个基态，研究人员收集了相关数据，其中包括一个电子与正电子碰撞所创造出的一个处于Υ（3S）态的底夸克与反底夸克结合对，反过来他又因发射出一条γ射线而衰变，留下ηb基态，接着又衰变成更多的粒子。由于每探测二三千次Υ（3S）衰变，才发生一次这样的系列事件，导致研究人员需要收集超过1亿次的Υ（3S）态碰撞，才得以确保对ηb的精确测量。

 

基于自旋在夸克相互作用中的角色，在ηb中，底夸克与反底夸克的运动与Υ（1S）的略有不同，从而在这些粒子间引入具有极小差别的能量。在Υ（1S）与ηb之间，这种轻微的分离，被称为超精细分离，之前也曾在粲夸克系统中发现过，但在底夸克系统中被观测到，这还是首次。超精细分离如此之小，以致于实验人员不得不花费超长的时间才确定发现ηb。

 

巴巴实验物理分析协调员、美国爱荷华州立大学物理学教授索伦·普莱尔表示，因为底夸克比粲夸克重，给理论物理学家提供了一个更有力的手段来理解这种现象。矛盾的是，虽然很难探测到最重夸克，并对其进行测量（底夸克为第二重，最重的是顶夸克），却能对强作用力的基本属性作出一些最精确的测量。

 

来自加拿大、法国、德国、意大利、荷兰、挪威、俄罗斯、西班牙、英国和美国等国家的74个研究机构，近500名科学家和工程师组成的大型国际合作组参与了这一巴巴实验。合作人员期望，能通过未来几个月最新数据的收集，发表进一步的研究结果。