BES III、グルーオンのみからなる粒子「グルーボール」の最有力証拠を発見

北京スペクトロメータIII（BES III）実験の物理学者らは、先月arXivに投稿され、先週開催された高エネルギー物理国際会議（ICHEP）で発表されたプレプリントで、グルーのみからなる粒子「グルーボール」の最有力証拠を報告した。この発見はX(2370)粒子に焦点を当てたもので、この粒子はグルーボールに関する重要な理論予測と一致する。

BES III共同研究グループは、X(2370)のこれまで報告されていなかった崩壊モードを解析し、この粒子が「フレーバー一重項」であることを発見した。つまり、アップ、ダウン、ストレンジといった特定のクォークのフレーバーに結びついていないことを意味する。研究チームは、この粒子が約90%がグルーオンで構成されていると推定しており、測定された質量2.395 GeV/C²は、スピンとパリティと同様に、格子QCDの予測と一致している。

グルーボールは、強い核力の理論である量子色力学の直接的な予測であり、その存在が確認されれば、標準模型における長年のギャップが埋まることになる。陽子と中性子の質量の大部分は、クォーク同士を結びつけるグルーオンのエネルギーに由来しており、クォーク自体に由来するわけではないため、グルーボールの確認は、物質がどのように質量を得るのかについての理解を深めることになる。

X(2370)粒子は、2011年にBES IIIで初めて発見され、初期質量は2.370 GeV/C²で、理論値よりわずかに低かった。2024年までに、この実験では100億個以上のJ/ψ粒子を記録し、より精密な測定が可能になった。BES IIIは、J/ψ崩壊の研究用に設計された電子・陽電子衝突型加速器で、2008年にデータ収集を開始し、初年度に2億2600万以上のイベントを記録した。

この研究には関与していないカーネギーメロン大学の素粒子物理学者コリン・モーニングスター氏は、この結果を「実験的な勝利」であり、「グルーオン成分が支配的な粒子が自然界に存在しうるという最も有力な証拠」とサイエンス誌に語った。次のステップは独立した検証であり、中国で提案されているスーパータウ・チャーム施設や、米国ブルックヘブン国立研究所で建設中の電子・イオン衝突型加速器で行われる可能性があるが、現在のところBES IIIだけがグルーオンの探索に特化した装置である。