BES III levert sterkste bewijs tot nu toe voor glueballs

Natuurkundigen van het Beijing Spectrometer III (BES III)-experiment hebben in een preprint, vorige maand gepost op arXiv en vorige week gepresenteerd op de International Conference on High Energy Physics (ICHEP), het sterkste bewijs tot nu toe gerapporteerd voor glueballs: deeltjes die volledig uit gluonen bestaan. De bevindingen richten zich op het deeltje X(2370), dat nu voldoet aan de belangrijkste theoretische voorspellingen voor een glueball.

De BES III-samenwerking analyseerde eerder niet gerapporteerde vervalmodi van X(2370) en ontdekte dat het een "flavour-singlet" is, wat betekent dat het niet gebonden is aan een specifieke quark-flavour zoals up, down of strange. Het team schat dat het deeltje voor ongeveer 90 procent uit gluonen bestaat, en de gemeten massa van 2,395 GeV/C² komt overeen met rooster-QCD-voorspellingen, evenals de spin en pariteit.

Glueballs zijn een directe voorspelling van de kwantumchromodynamica, de theorie van de sterke kernkracht, en hun bestaan zou een lang bestaande leemte in het Standaardmodel opvullen. Het grootste deel van de massa van protonen en neutronen komt voort uit de energie van gluonen die quarks binden, niet uit de quarks zelf. Het bevestigen van glueballs zou dus het begrip verdiepen van hoe materie aan haar massa komt.

Het deeltje X(2370) werd voor het eerst ontdekt bij BES III in 2011 met een initiële massa van 2,370 GeV/C², iets onder de theoretische waarde. In 2024 had het experiment meer dan 10 miljard J/ψ-deeltjes geregistreerd, wat nauwkeurigere metingen mogelijk maakte. BES III, een elektron-positronbotser ontworpen om J/ψ-verval te bestuderen, begon in 2008 met het verzamelen van gegevens en registreerde binnen het eerste jaar meer dan 226 miljoen gebeurtenissen.

Colin Morningstar, een deeltjesfysicus aan de Carnegie Mellon University die niet bij het onderzoek betrokken was, noemde het resultaat "een experimentele triomf" en "het sterkste bewijs tot nu toe dat deeltjes die gedomineerd worden door een glueballcomponent in de natuur kunnen bestaan", aldus Science. Onafhankelijke verificatie is de volgende stap, mogelijk bij de voorgestelde Super Tau-Charm Facility in China of de Electron-Ion Collider die in aanbouw is bij Brookhaven National Laboratory in de VS, hoewel BES III momenteel de enige machine is die uitsluitend is gewijd aan de jacht op gluonen.