在⼀次国际会议期间，卡林纳（左）、郭奉坤（中）与苑⻓征讨论合作研究课题。研究团队供图2018年底，国家⾃然科学基⾦委员会发布的⼀则项⽬指南引起了苑⻓征的注意。项⽬指南开头写着：“根据⾃然科学基⾦委与以⾊列科学基⾦会于2007年10⽉签署的合作备忘录和之后达成的合作共识，2019年双⽅将共同资助合作研究项⽬，⽀持两国科学家开展实质性的创新研究与合作。
”苑⻓征是⼀名实验物理学家，就职于中国科学院⾼能物理研究所。看到项⽬指南后，他的脑海⾥闪出了两个名字——“奇特强⼦”和“⻢雷克·卡林纳（Marek Karliner）教授”。奇特强⼦是⼀种超出传统夸克模型的、理论假想的亚原⼦粒⼦。2013年，苑⻓征所在的北京正负电⼦对撞机北京谱仪III实验团队发现了奇特粒⼦Zc（3900）。它被认为是⾸个具有确凿实验证据的四夸克态粒⼦。
这⼀发现在国际上产⽣了很⼤影响⼒。然⽽，⼈类对于奇特强⼦的确切性质还缺乏了解。卡林纳教授是理论物理学家，在以⾊列特拉维夫⼤学任教，年近七旬，却依然活跃于粒⼦物理强⼦谱领域。他对四夸克态和五夸克态性质的理论预⾔，先后被欧洲核⼦研究中⼼和中国、美国、⽇本的多个⼤型实验验证。“实验、理论合作，或许会对破解奇特强⼦问题有所帮助。”苑⻓征想。
实验与理论的结合
2004年，苑⻓征在⼀次国际学术会议上结识了卡林纳，⽽卡林纳也⼀直与中国物理学家保持着合作关系。苑⻓征觉得，这位活跃在学术前沿的理论物理学家也许能帮助他们对实验现象进⾏更深层次的理论了解。苑⻓征⼀边琢磨，⼀边先联系了从事实验物理研究的中国科学院⾼能物理研究所研究员刘北江以及从事理论物理研究的中国科学院理论物理研究所研究员郭奉坤和中国科学院近代物理研究所研究员谢聚军。
与卡林纳有过合作经历的谢聚军，与苑⻓征想到了⼀块⼉。得知中国科学家的计划后，卡林纳欣然加⼊。于是，4位中国科学家与⼀位以⾊列科学家组成了⼀个寻找奇特强⼦并研究其物理性质的团队。他们分别⽤中英⽂写出项⽬申请报告——《奇特强⼦结构的理论与实验联合探究》，中⽂版递交给⾃然科学基⾦委，英⽂版递交给以⾊列科学基⾦会。2019年底，双⽅科学家分别从各⾃国家拿下项⽬。
⼀场为期3年的、以北京谱仪III为平台的合作正式开启。“在这项研究中，⼤家取⻓补短，尤其是理论与实验的有机结合，有效促进了研究进展。”苑⻓征告诉《中国科学报》。合作过程中，苑⻓征主要负责项⽬组织、研究计划制订、粲偶素与类粲偶素相关实验研究、研究⽣培养和⽂章撰写等。刘北江主要进⾏北京谱仪III胶球的系统研究，并主导了北京谱仪III的1-+奇特强⼦态的研究。
郭奉坤主要进⾏关于类粲偶素和粲介⼦的理论研究，并探索三⻆奇点的分析框架的建⽴。谢聚军主要进⾏关于轻强⼦谱学和性质的理论研究，利⽤⼿征⺓正理论和有效拉⽒量⽅法了解强⼦物理。卡林纳则聚焦于实验结果的可能理论解释并探索理论发展需要的新的实验测量。此外，多名中国研究⽣、博⼠后也参与其中。
互补激发灵感
3年研究过程中，⽐较具有代表性的成果是他们提出了利⽤现有和未来计划的加速器产⽣反中⼦和超⼦等稀有粒⼦的新⽅法。2021年初，⼀个偶然的机会，苑⻓征与⼀名博⼠⽣讨论利⽤机器学习的⽅法模拟北京谱仪III实验上反中⼦在量能器晶体⾥的能量沉积。在讨论的过程中，苑⻓征隐约感觉到，要想得到这个问题的答案，需要先细致地探明反中⼦与晶体物质之间发⽣的物理过程。
然⽽，他查找了⼿头的⽂献，⼜问过⼏个国内同⾏，都没有找到关于反中⼦与其他物质作⽤过程的⽐较完整的研究成果。苑⻓征⼜⼀次想到了他的合作伙伴卡林纳。2021年2⽉23⽇，苑⻓征给卡林纳发了⼀封邮件：“敬爱的⻢雷克，反中⼦-中⼦和反中⼦-质⼦之间相互作⽤的物理效应如何？我⽆法找到以前对这些相互作⽤过程的测量，我想我们可以在北京谱仪III上做⼀些测量。
”当天下午，他收到了卡林纳的回信：“我找到了过去4个相关测量实验，如下所示。在我看来，除了做⼀些量⼦⾊动⼒学的测量，这些相互作⽤的研究也与天体物理学相关。”苑⻓征和卡林纳都兴奋极了。接下来，两⼈的邮件往来⼀封接着⼀封，再往后，他们的视频会议⼀次接着⼀次。
双⽅开始⽤最微观的实验物理⽅法了解最宏观的宇宙演化问题，他们共同分析反中⼦和超⼦与其他粒⼦相互作⽤的物理过程，并尝试探究中⼦星⾥中⼦、超⼦、核⼦等粒⼦之间相互作⽤对中⼦星本身形成和演化的影响。在⼀次次头脑⻛暴中，他们提出了⼀个全新的想法——利⽤“超级J/ψ⼯⼚”作为反中⼦和超⼦研究的新途径。研究显示，通过未来的“超级J/ψ⼯⼚”可以产⽣⼤量的反中⼦和超⼦等稀有粒⼦。
正负电⼦对撞实验每年可以采集上万亿甚⾄百万亿J/ψ衰变，通过标定J/ψ衰变产⽣的反中⼦、超⼦和反超⼦并⽤来轰击安放在探测器中⼼附近的靶物质，可以研究从原⼦核到与中⼦星结构相关的物理过程。这为粒⼦物理学、核物理学以及天体物理学和医学物理学开辟了新的研究途径。“传统固定靶实验装置需要为不同的专⽤实验产⽣特定种类的粒⼦源，并且需要共享加速器时间、耗费⼤量的⼈⼒和资⾦，因此实验研究进展缓慢。
相⽐之下，新提出的⽅法允许同时使⽤不同粒⼦源进⾏实验，不需要额外的基础设施建设，这将⼤⼤推进实验研究进度。”苑⻓征说。
作为可⾏性研究，他们在论⽂⾥计算了在现有北京谱仪III实验上研究反中⼦和超⼦与探测器物质相互作⽤的产额。2021年6⽉30⽇，两⼈合作的论⽂在线发表于《物理评论快报》，获得编辑推荐。《物理》期刊配发了题为《利⽤现有和未来的设施产⽣反中⼦和超⼦》的推介⽂章。“我们联合申请的这个⾃然科学基⾦项⽬，为这次合作创造了契机。”苑⻓征感慨道。
合作结出硕果
对于粒⼦物理这类基础研究来说，评价其科研效率和质量的可⾏标准之⼀便是看论⽂的数量和质量。2022年9⽉项⽬结题后，苑⻓征做了⼀次统计：合作的3年⾥，这个因科学问题⽽聚集起来的国际合作团队，发表了逾百篇研究论⽂，其中发表在《物理评论快报》上的有17篇，部分被编辑推荐，在学术界获得⾮常好的评价。
在国家⾃然科学基⾦和以⾊列科学基⾦的共同⽀持下，他们在北京谱仪III上⾸次发现了⼀个同位旋标量的新奇特强⼦态η1（1855），开启了1-+奇特强⼦态新的研究⽅向，这被认为是“强⼦谱学领域的⼀个重要⾥程碑”，引发了国际粒⼦物理同⾏的关注。他们还发现了轴⽮量粲偶素χc1（1P）产⽣的新⽅法，在历史上⾸次观测到正负电⼦湮灭直接产⽣⾮⽮量粒⼦的过程。
中国科学院理论物理研究所研究员、中国科学院院⼠邹冰松评价：“此项发现通过观测轴⽮量粒⼦χc1在正负电⼦对撞实验上的直接产⽣，提供了测量⾮⽮量粒⼦轻⼦宽度的新⽅法，应当推⼴并利⽤该⽅法系统地对其他⾮⽮量粒⼦进⾏测量。”
与此同时，理论研究也取得了相应突破。通过⽮量介⼦主导模型，他们预⾔了超过200个由⼀个粲强⼦和⼀个反粲强⼦组成的强⼦分⼦态，为未来的实验物理研究提供了⽅向。得益于国家⾃然科学基⾦和以⾊列科学基⾦的⽀持，合作期间，尽管受疫情影响，但双⽅的国际交流并没有停下来。他们把线下交流转到了线上，中国科学家和以⾊列科学家还共同参加了⼤量国际会议并受邀作⼤会报告。
此外，合作过程中，苑⻓征、刘北江、郭奉坤和谢聚军等中国科学家的多名研究⽣、博⼠后也参与到物理分析⼯作中，2020年⾄2022年毕业的研究⽣及出站的博⼠后共有12名，其中10名继续从事⾼能物理研究。其间，卡林纳还招收了⼀名中国的博⼠⽣。“我们的合作成果丰硕。该项⽬的联合资助也使北京⼤学的博⼠后翁新震加⼊了我在特拉维夫⼤学的研究⼩组。我⾮常希望这种成功的合作能够继续下去。”卡林纳说。
“我们产出的诸多成果、培养的年轻⼈才，体现了⾃然科学基⾦委与国外其他科学资助机构共同资助合作研究项⽬这种国际合作的重要性。它给我们提供了⼀个机会，让我们可以更直接地与国际同⾏进⾏学术合作与交流。”苑⻓征说。