BES III znajduje najmocniejsze dotąd dowody na istnienie glueballi

Fizycy z eksperymentu BES III (Beijing Spectrometer III) poinformowali o najmocniejszych dotąd dowodach na istnienie glueballi, czyli cząstek złożonych wyłącznie z gluonów. Wyniki opublikowano w preprintcie na arXiv w zeszłym miesiącu i przedstawiono na Międzynarodowej Konferencji Fizyki Wysokich Energii (ICHEP) w zeszłym tygodniu. Badania koncentrują się na cząstce X(2370), która obecnie spełnia kluczowe teoretyczne przewidywania dla glueballa.

Współpraca BES III przeanalizowała wcześniej niezbadane kanały rozpadu X(2370) i stwierdziła, że jest to "singlet smakowy", co oznacza, że nie jest związany z konkretnym zapachem kwarka, takim jak górny, dolny czy dziwny. Zespół szacuje, że cząstka składa się w około 90 procentach z gluonów, a jej zmierzona masa 2,395 GeV/C² zgadza się z przewidywaniami chiralnej QCD na sieci, podobnie jak jej spin i parzystość.

Glueballe są bezpośrednim przewidywaniem chromodynamiki kwantowej, teorii silnego oddziaływania jądrowego, a ich istnienie wypełniłoby długo istniejącą lukę w Modelu Standardowym. Większość masy protonów i neutronów pochodzi z energii gluonów wiążących kwarki, a nie z samych kwarków, więc potwierdzenie glueballi pogłębiłoby zrozumienie, skąd materia bierze swoją masę.

Cząstkę X(2370) po raz pierwszy odkryto w BES III w 2011 roku z początkową masą 2,370 GeV/C², nieco poniżej wartości teoretycznej. Do 2024 roku eksperyment zarejestrował ponad 10 miliardów cząstek J/ψ, co pozwoliło na dokładniejsze pomiary. BES III, akcelerator zderzający elektrony i pozytony zaprojektowany do badania rozpadów J/ψ, rozpoczął zbieranie danych w 2008 roku i w pierwszym roku zarejestrował ponad 226 milionów zdarzeń.

Colin Morningstar, fizyk cząstek z Carnegie Mellon University, który nie brał udziału w badaniach, nazwał wynik "triumfem eksperymentalnym" i "najmocniejszym dotąd dowodem, że cząstki zdominowane przez składnik glueballa mogą istnieć w przyrodzie", według magazynu Science. Kolejnym krokiem jest niezależna weryfikacja, być może w proponowanym obiekcie Super Tau-Charm w Chinach lub w budowanym Zderzaczu Elektron-Jon w Brookhaven National Laboratory w USA, choć obecnie BES III jest jedynym urządzeniem poświęconym wyłącznie polowaniu na gluony.