2003年7月30日，中科院高能物理研究所在北京宣布，北京譜儀國際合作組在5800萬J/ψ事件的數據分析中，發現了一種新的短壽命粒子，其質量為18.59億電子伏，自旋為0。這種短壽命粒子通常被稱為共振態。這一重要成果發表在國際著名期刊《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett.）上，引起了國際高能物理界的高度關注。各種新聞媒體都對此事進行了報道，很多人對共振態產生了濃厚的興趣：什么是共振態？世界上第一個發現共振態的人是誰？新發現的共振態有何意義？
壽命極短的粒子稱為共振態。當粒子壽命短于10-10s至10-12s時，很難在探測器上留下軌跡物理資源網，無法直接探測到，只能通過其衰變產物的反應截面來觀測。在研究原子核的散射和反應過程中，當入射粒子的能量取一定值時，散射或反應的截面突然變大，而截面隨能量變化的曲線與力學中的共振曲線完全相似物理學家事例，所以稱之為共振態。量子力學可以證明，這種共振現象的發生，是由于在這個能量附近，入射粒子與原子核結合，形成亞穩態復合核，經過一定時間后，這種亞穩態復合核衰變為終態粒子，這種亞穩態復合核就稱為共振態。 共振態具有與穩定強子相似的量子數，如自旋、宇稱、同位旋、奇點數、魅力數等，但可以通過強相互作用衰變，其壽命一般較短，為10-20s至10-24s。
1953年，意大利科學家費米（1901-1954）（左）和他的同事安德森（）（右）在美國芝加哥大學同步加速器上做實驗時，發現了質子-介子體系中的第一個共振態。但當時人們并沒有想到會有這么多的共振態。
1952年，美國物理學家格拉澤（左）建造了世界上第一臺氣泡室（右為格拉澤和他的氣泡室），在以太氣泡中顯示出宇宙線粒子的軌跡。此后，多個物理研究小組開始利用氣泡室進行高能物理研究，并不斷研究和發展氣泡室技術。
氣泡室在高能物理研究中發揮了重要作用。人們首先在質子-反質子湮沒中發現了一些共振態，后來在各種反應中出現了幾十、幾百種共振態。20世紀60年代，物理學家們忙于尋找共振態，這項工作至今仍在繼續。由于對高能物理的杰出貢獻，格拉澤獲得了1960年的諾貝爾物理學獎。
說到共振態，就不得不提美國物理學家阿爾瓦雷斯（Luis ，1911-1988）（左圖）。由于阿爾瓦雷斯發展了氫氣泡室技術和數據分析方法，才有可能發現許多共振態，這極大地促進了粒子物理學的發展，使人們對物質世界的研究進入了一個全新的階段。
阿爾瓦雷斯于 1911 年 6 月 13 日出生于美國加利福尼亞州舊金山。他原本在芝加哥大學主修化學，但他認為化學和數學都不適合自己，于是改學物理。阿爾瓦雷斯于 1934 年獲得碩士學位，1936 年獲得博士學位。隨后他進入加州大學伯克利分校的輻射實驗室工作，勞倫斯（1901-1958）（右圖）擔任主任。
阿爾瓦雷斯參與了許多重大的基礎和應用科學研究項目，他領導的伯克利輻射實驗室成為核物理研究中心，費米當時也在這里工作。
1964年，美國物理學家蓋爾曼（1929-）（左）提出，大多數基本粒子是由較新的粒子——夸克構成的。他把夸克分為三類：上夸克（u）、下夸克（d）和奇夸克（s）。他說：“如果我們允許電荷為非整數值，那么我們可以構造一個簡單而美麗的方案”，即上夸克、下夸克和奇夸克的電荷數分別為2/3、-1/3和-1/3。質子由兩個上夸克和一個下夸克構成；中子由一個上夸克和兩個下夸克構成。
蓋爾曼的夸克模型（右）被隨后的科學實驗證實，他因這一成就獲得了1969年的諾貝爾物理學獎。
1974年，丁肇中（左一）和里希特（左二）各自發現了新粒子J/ψ，其質量約為質子的三倍。
其壽命比共振態長幾萬倍，原有的夸克理論已經不能解釋新的實驗事實，于是引入第四種夸克——粲夸克（c）。
1977 年，美國科學家利昂·馬克斯（右圖）發現強子由第五個更重的夸克——底夸克（b）組成。基于理論對稱性，物理學家預測應該存在第六個夸克物理學家事例，稱為頂夸克（t）。
為了尋找頂夸克（t）的蹤跡，各國物理學家奮斗了17年。美國、西歐中心、德國、日本等國不惜重金建造大型高能加速器。美國費米實驗室的頂夸克小組對可疑夸克的運動軌跡進行了數千次測量（右圖），終于在1994年4月26日找到了頂夸克存在的證據（左圖為示意圖）。
北京譜儀國際合作組新發現的共振態是在分析J/ψ輻射衰變為質子和反質子的過程中發現的，即1974年丁肇中教授和教授發現的由一對正負粲夸克組成的J/ψ粒子衰變為光子和這個新的共振態，這個共振態又衰變為質子和反質子。J/ψ衰變研究是研究輕強子譜和尋找新粒子的理想物理過程。
分析結果顯示，這一新共振態的質量為18.59億電子伏，寬度小于3000萬電子伏（左）。需要注意的是，它的質量小于質子和反質子的質量之和。此前，在分析北京譜儀改造前20世紀90年代初獲得的800萬個事件數據時，發現了這一共振態存在的跡象，但當時由于統計數據有限，還不足以判定它是一個新的共振態。
北京正負電子對撞機和北京譜儀于1999年初升級改造，整體綜合性能大幅提升。在隨后兩年的運行中，北京譜儀共獲取了5800萬個J/ψ事件，比國際上其他實驗組高出一個數量級以上（右圖）。北京譜儀國際合作組對這些數據進行了深入細致的分析研究，發現了新粒子，說明高統計量對新發現至關重要。
目前，已經明確排除了用任何已知的共振態來解釋這一新共振態的可能性，從而確認它是一種新粒子。由夸克和反夸克組成的粒子在粒子物理學中被稱為強子。此前實驗觀測到的強子都是由兩個或三個夸克（反夸克）組成的。
尋找多夸克態一直是國際高能物理實驗的重要目標。在早期實驗發現的數百種介子共振態和重子共振態中，尚無多夸克態的確鑿證據。近來，國際上多個實驗組對此進行了探索并取得了重大進展。北京譜儀國際合作組新發現的粒子由于其獨特性質，特別是非常窄的寬度，很難歸結為通常的夸克-反夸克束縛態，因此被推測為多夸克態。一些物理學家認為，發現的共振粒子可能是重子-反重子束縛態，類似于氘核是質子和中子組成的束縛態。
歐洲核子研究中心著名理論物理學家J.埃利斯在近期發表的一篇綜述國際高能物理在該領域研究最新進展的文章中，高度評價了北京譜儀的發現及其對強相互作用理論發展的重要意義。國內外物理學家正從理論和實驗兩個角度對這一新共振態的性質和衰變特性進行深入的研究和探討。
（相關資料由高能物理研究所研究部、《高中物理參考》等編著）