BES III liefert stärksten Hinweis auf Glueballs

Physiker des Experiments Beijing Spectrometer III (BES III) haben im Preprint-Server arXiv und auf der International Conference on High Energy Physics (ICHEP) letzte Woche den bislang stärksten Hinweis auf Glueballs vorgestellt – Teilchen, die vollständig aus Gluonen bestehen. Die Ergebnisse konzentrieren sich auf das Teilchen X(2370), das nun alle wichtigen theoretischen Vorhersagen für ein Glueball erfüllt.

Die BES-III-Kollaboration analysierte bisher unveröffentlichte Zerfallskanäle von X(2370) und stellte fest, dass es sich um ein „Flavour-Singulett" handelt, also nicht an eine bestimmte Quark-Sorte wie up, down oder strange gebunden ist. Das Team schätzt, dass das Teilchen zu etwa 90 Prozent aus Gluonen besteht; die gemessene Masse von 2,395 GeV/c² stimmt mit den Vorhersagen der Gitter-QCD überein, ebenso wie Spin und Parität.

Glueballs sind eine direkte Vorhersage der Quantenchromodynamik, der Theorie der starken Kernkraft. Ihre Existenz würde eine seit langem bestehende Lücke im Standardmodell schließen. Ein Großteil der Masse von Protonen und Neutronen stammt aus der Energie der Gluonen, die die Quarks binden, nicht aus den Quarks selbst. Ein Nachweis von Glueballs würde daher das Verständnis darüber vertiefen, wie Materie zu ihrer Masse kommt.

Das Teilchen X(2370) wurde erstmals 2011 bei BES III entdeckt, mit einer anfänglichen Masse von 2,370 GeV/c², die leicht unter dem theoretischen Wert lag. Bis 2024 hatte das Experiment mehr als zehn Milliarden J/ψ-Teilchen aufgezeichnet, was präzisere Messungen ermöglichte. BES III, ein Elektron-Positron-Beschleuniger zur Untersuchung von J/ψ-Zerfällen, nahm 2008 den Datenbetrieb auf und registrierte bereits im ersten Jahr über 226 Millionen Ereignisse.

Colin Morningstar, Teilchenphysiker an der Carnegie Mellon University und nicht an der Forschung beteiligt, nannte das Ergebnis laut Science einen „experimentellen Triumph" und „den stärksten Hinweis darauf, dass Teilchen mit dominierendem Glueball-Anteil in der Natur existieren können". Als nächster Schritt steht die unabhängige Verifikation an, möglicherweise an der geplanten Super-Tau-Charm-Fabrik in China oder am Elektron-Ionen-Beschleuniger, der am Brookhaven National Laboratory in den USA gebaut wird. Derzeit ist BES III jedoch die einzige Maschine, die sich ausschließlich der Jagd nach Gluonen widmet.