美国能源部所属费米国家加速器实验室的科学家们2004年6月18日对外宣布，观测到亚原子粒子家族中一个没有预料到的新成员，称为"重-轻"介子。这一新的介子，是奇异夸克和粲夸克的组合，是有史以来在这个家族中观测到的最重的介子。

一般说来，介子质量越大，其寿命在衰变成其它他粒子之前越短。但这次情况并不是这样，这个重介子的寿命比其家族中较轻介子的寿命长3倍。

卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）物理学家、SELEX实验的发言人James Russ说：“强衰变应遵循粒子越重衰变越快的规则，如同所有其它粒子一样。而正是这点使没有遵循此规则的新粒子变得非常有趣。”

SELEX实验的副发言人、费米实验室的Peter Cooper称这种反常的发生无法想象。“这一介子如按强相互作用的正常规则而发生作用的话，它应该很快衰变，我们永远都不会看到。”

另外一个反常是，SELEX实验还看到这个新的介子常常比预期约高6倍的次数衰变成η粒子（介子家族中一个更为稀少的成员，但已经过很好研究）而不是衰变成预期称为K介子的粒子。

“这就象一个水桶，低部有一个大洞和一个小洞，” Russ教授说。“因某种原因，水从小洞流出比从大洞流出的速度快6倍，某种非同寻常的事情必然在桶内发生。”

新介子首次被观测到扩展了人们对强力在原子核内部作用方式的认识。防止原子核飞散的同一强力还控制粒子的衰变速率。这个新的介子为什么破坏其它介子具有高度可预测性的衰变模型呢？可能还有多少其它的模型呢？

介子往往是属于短寿命的家族。它们的寿命很短，出现时表现为一定的质量范围--粒子物理学家们称为粒子的“宽度”。这个非同寻常的效应--因粒子寿命很短质量不确定--是海森堡（Heisenberg）测不准原理的一个直接结果。

介子由被强力组合在一起的夸克和反夸克组成。大质量夸克如粲夸克与轻夸克（本情况指奇异夸克）的组合提供了一个特别有趣的实验室，可以对强力进行研究。在重-轻介子中，夸克的运动比在其它介子中简单--重夸克静止不动，物理学家只需跟踪完成这一系统的较轻夸克的运动。

“这个新的粒子表明可能偏离多数介子预期走的轨道，”费米国家实验室理论物理学家Christopher Hill 肯定地说道。“这表明强力某一有趣的新的动态方面在工作，它打开了费米国家实验室和世界将来进行许多探索的大门。”

SELEX合作组成员的发现采用了世界上最高能量粒子加速器，即费米国家实验室TEV能级加速器上开展的固定靶实验的数据。SELEX实验旨在研究质子与铜和金刚石固体靶对撞的结果。1997年SELEX实验停止取数据，延伸的分析表明这个新的粒子潜藏在他们取的数据里。（上图为SELEX的实验布局）

2003年春，三台不同的正负电子对撞机上的实验，即SLAC的BABAR实验、康乃尔大学的CLEO实验和KEK的BELLE实验宣布发现新的一对粲-奇异介子。这些介子在理论上曾预言过，但它们的特性与理论不符。它们的质量很低，低到不能按它们喜欢的方式衰变，所以它们的寿命很长。（右图为SELEX探测器）

这一新的发现在2003年宣布后，SELEX合作组开始重新审查自己的结果，寻找更多的η，粒子并确定它们是否存在于更多有趣的组合中。但任何结果在被认为确凿之前，合作组必须证明它十分了解独特的光子探测器，以证实那种类型数据的可靠性。SELEX合作组中的几位俄罗斯合作者对他们建造的探测器进行了艰苦的测试，证明性能良好。

SELEX合作组的发现，对介子行为的传统预言又增加了另外一个反常。已知重-轻介子的对称预言其它正在进行的实验如BABAR、CLEO和BELLE以及费米实验室的FOCUS实验，都将能够在他们的数据中看到这个粒子和其它各种伴粒子，进一步增加对强力的认识，丰富SELEX的结果。

合作组已经向物理评论快报提交了一篇描写结果的论文，题目是《首次观测窄粲-奇异介子D_sJ⁺(2632)->D_s(eta)⁺ 和D⁰K⁺》。

用粒子物理的标准衡量，SELEX实验是一项相对小的实验，由来自世界约21 家机构的125名物理学家组成，其中包括美国6家、俄罗斯4家、南美3家、意大利2家以及土耳其、德国、墨西哥、英国、以色列和中国各1家。（左图为合作组的部分成员）

高能所科研处制作 内容由侯儒成译自美国费米国家实验室网