I fisici dell'esperimento Beijing Spectrometer III (BES III) hanno portato alla luce quella che definiscono la prova più forte finora dell'esistenza dei glueball - quelle particelle mitiche fatte interamente di gluoni che la teoria quantistica insiste dovrebbero esistere ma che è stata piuttosto timida nel mostrarsi. I risultati sono apparsi come preprint su arXiv il mese scorso e sono stati presentati alla Conferenza Internazionale sulla Fisica delle Alte Energie (ICHEP) la scorsa settimana.

Facciamo un passo indietro alle basi: tutto ciò che vedi è fatto di quark, tenuti insieme da gluoni, che sono i portatori della forza nucleare forte. Questi collanti (sì, è proprio da lì che viene il nome) legano i quark in protoni e neutroni, che formano i nuclei degli atomi. Il bosone di Higgs, scoperto nel 2012 dopo decenni di ricerche, è stato salutato come il pezzo finale del Modello Standard, ma ci sono ancora pezzi mancanti - e i glueball sono uno piuttosto evidente. Sono una previsione diretta della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria della forza forte, e dovrebbero essercene anche diverse varietà.

Come spiegò Matthew Francis per Ars nel 2015, i glueball sono parte del motivo per cui la materia ha massa. Come il bosone di Higgs, sono legati alla massa, ma in modo diverso: la maggior parte della massa di protoni e neutroni non viene dai quark ma dall'energia dei gluoni che li legano, grazie a E=mc². I gluoni si attaccano anche tra loro, non solo ai quark, quindi teoricamente puoi costruire una particella fatta di puro gluone - senza bisogno di quark. Questo è il glueball.

La caccia si è concentrata sulla particella J/ψ, un mesone con un quark charm e un antiquark charm, scoperto nel 1974. Quando le particelle J/ψ decadono, producono un mucchio di gluoni e adroni, rendendole un terreno di caccia privilegiato per le firme dei glueball. Per qualificarsi come candidato glueball, una particella deve avere spin zero, nessuna carica elettrica e parità dispari, tra le altre cose.

Entra in gioco BES III, un collisore elettrone-positrone progettato appositamente per questa caccia. Ha iniziato a raccogliere dati nel 2008 e entro un anno aveva registrato oltre 226 milioni di eventi. Uno dei candidati più forti per il glueball più leggero è la particella X(2370), scoperta lì nel 2011, con una massa inizialmente misurata a 2.370 GeV/C², leggermente al di sotto dei 2.395 GeV/C² previsti dalla QCD su reticolo.

Entro il 2024, BES III aveva accumulato oltre 10 miliardi di eventi J/ψ, rendendo possibile individuare eventi rari e stati esotici come i mesoni XYZ e i tetraquark, e misurare X(2370) con una precisione senza precedenti. Il team ha ottenuto una massa prevista di 2.395 GeV/C² - una bella corrispondenza con la teoria - e spin e parità coerenti con la QCD. Tuttavia, non era ancora abbastanza per dichiarare una scoperta.

Ma ora, gli ultimi risultati esaminano diversi modi di decadimento di X(2370) non riportati in precedenza. L'analisi mostra che è un "singoletto di sapore", il che significa che non è legato a nessun sapore specifico di quark (up, down o strange) - un indizio vitale che è fatto prevalentemente di gluoni, circa il 90% secondo la collaborazione. Questo corrisponde alle tre proprietà principali previste per un glueball, che il team di BES III chiama una catena completa di prove.

"È un trionfo sperimentale", ha detto a Science Colin Morningstar, fisico delle particelle alla Carnegie Mellon University, che non era coinvolto. "È la prova più forte finora che particelle dominate da una componente glueball possano esistere in natura."

Prossimo passo: verifica indipendente, magari presso la proposta Super Tau-Charm Facility (STCF) in Cina o l'Elettrone-Ione Collider in costruzione al Brookhaven National Laboratory negli Stati Uniti. Ma BES III è attualmente l'unica macchina dedicata esclusivamente alla caccia ai gluoni, quindi la conferma potrebbe richiedere del tempo. L'articolo è su arXiv, 2026, DOI: 10.48550/arXiv.2607.20366.