Kinesiske fysikere bekrefter glueball: Ny materieform består kun av krefter

Fysikere har lagt frem de mest direkte bevisene hittil på at gluoner, partiklene som bærer den sterke kjernefaktoren, kan binde seg sammen og danne en helt ny form for materie. Dette løser en nesten 50 år lang jakten innen partikkelfysikk.

BESIII-samarbeidet, som opererer ved Beijing Electron Positron Collider, kunngjorde på torsdag at partikkelen kjent som X(2370) er dominert av en pseudoskalær glueball-komponent. Resultatene ble først presentert i en spesiell plenarrapport på den internasjonale konferansen om høyenergifysikk i Natal i Brasil på onsdag.english.news+1

En ball av ren kraft

I motsetning til ordinære partikler som består av kvarker, består en glueball utelukkende av gluoner: Kraftbærerne som binder kvarker sammen inne i protoner og nøytroner. Eksistensen av slike partikler ble forutsagt på 1970-tallet basert på kvantecromodynamikk, som beskriver den sterke kraften som holder atomkjerner sammen. Fotoner, som bærer den elektromagnetiske kraften, passerer gjennom hverandre uforstyrret. Gluoner bærer derimot den samme ladningen som de overfører, noe som betyr at de kan tiltrekke og binde seg til hverandre.chinadaily

Å finne en glueball viste seg å være langt vanskeligere enn å forutsi en. Partikkelen X(2370) ble først observert i BESIII-data i 2011. I 2024 målte teamet spin-paritet-kvantetallene til 0⁻⁺, noe som stemte overens med teoretiske forutsigelser for den letteste pseudoskalære glueballen. Massen, målt til omtrent 2 360 millioner elektronvolt, falt også innenfor området forutsagt av gitter-QCD-beregninger.bioengineer+2

Det avgjørende beviset

Den nyeste studien, basert på mer enn 10 milliarder J/ψ-henfallshendelser samlet inn siden 2008, oppdaget flere nye henfallskanaler for X(2370) og slo fast dens "flavor-singlet"-egenskap: Den viktigste egenskapen som skiller en glueball fra ordinære partikler. Fordi gluoner ikke bærer noen kvark-flavor, bør en partikkel dominert av gluoninnhold koble seg symmetrisk til lette kvarker i stedet for å foretrekke en spesiell flavor.english.news+1

Forskerne leagte etter et spesifikt henfallsmønster som en flavor-singlet-partikkel er forbudt å produsere, og fant ikke noe signal, noe som er i tråd med glueball-tolkningen.chinadaily

Hva det betyr for fysikken

Institutt for høyenergifysikk under Det kinesiske vitenskapsakademiet kalte dette "det klareste eksperimentelle resultatet i jakten på glueballs på nesten fem tiår". Samarbeidet omfatter rundt 700 forskere fra 96 forskningsinstitusjoner i 15 land.bioengineer+1

En bekreftet glueball vil gi en direkte lavenergitest av QCDs ikke-abelske struktur: Den matematiske egenskapen som lar kraftbærere vekselvirke med hverandre, og supplere den tidligere oppdagelsen av asymptotisk frihet ved høye energier. Hvis dette valideres gjennom uavhengige analyser, kan X(2370) bli det første overbevisende eksperimentelle vinduet inn i materie hovedsakelig laget av gluoner.bioengineer