Natuurkundigen van het Beijing Spectrometer III (BES III) experiment hebben wat zij het sterkste bewijs tot nu toe noemen opgegraven voor het bestaan van glueballs - die mythische deeltjes die volledig uit gluonen bestaan, waarvan de kwantumtheorie zegt dat ze zouden moeten bestaan, maar die zich nogal terughoudend hebben getoond om op te dagen. De bevindingen verschenen vorige maand op arXiv en werden vorige week gepresenteerd op de International Conference on High Energy Physics (ICHEP).

Laten we teruggaan naar de basis: alles wat je ziet is gemaakt van quarks, bijeengehouden door gluonen, die de dragers zijn van de sterke kernkracht. Deze glue-ons (ja, dat is echt waar de naam vandaan komt) binden quarks tot protonen en neutronen, die de kernen van atomen vormen. Het Higgs-deeltje, ontdekt in 2012 na tientallen jaren zoeken, werd geprezen als het laatste stukje van het Standaardmodel, maar er zijn nog steeds ontbrekende stukjes - glueballs zijn er nogal een. Ze zijn een directe voorspelling van de kwantumchromodynamica (QCD), de theorie van de sterke kracht, en er zouden zelfs verschillende varianten moeten zijn.

Zoals Matthew Francis voor Ars in 2015 uitlegde, zijn glueballs een deel van de reden waarom materie massa heeft. Net als het Higgs-deeltje zijn ze gekoppeld aan massa, maar op een andere manier: het grootste deel van de massa van protonen en neutronen komt niet van quarks, maar van de energie van de gluonen die ze binden, dankzij E=mc². Gluonen plakken ook aan elkaar, niet alleen aan quarks, dus theoretisch kun je een deeltje bouwen van pure gluonen - geen quarks nodig. Dat is de glueball.

De jacht heeft zich gericht op het J/ψ-deeltje, een meson met een charm-quark en een charm-antiquark, ontdekt in 1974. Wanneer J/ψ-deeltjes vervallen, produceren ze een hoop gluonen en hadronen, waardoor ze een prima jachtterrein zijn voor glueball-signaturen. Om in aanmerking te komen als glueball-kandidaat, moet een deeltje nul spin, geen elektrische lading en oneven pariteit hebben, naast andere dingen.

Enter BES III, een elektron-positron-versneller die speciaal is ontworpen voor deze jacht. Het begon in 2008 met het verzamelen van gegevens en had binnen een jaar meer dan 226 miljoen gebeurtenissen geregistreerd. Een van de sterkste kandidaten voor de lichtste glueball is het X(2370)-deeltje, daar in 2011 ontdekt, met een massa die aanvankelijk werd gemeten op 2,370 GeV/c², iets onder de voorspelde 2,395 GeV/c² van rooster-QCD.

In 2024 had BES III meer dan 10 miljard J/ψ-gebeurtenissen verzameld, waardoor het mogelijk werd om zeldzame gebeurtenissen en exotische toestanden zoals XYZ-mesonen en tetraquarks te spotten, en om X(2370) met ongekende nauwkeurigheid te meten. Het team kreeg een voorspelde massa van 2,395 GeV/c² - een mooie match met de theorie - en spin en pariteit die consistent zijn met QCD. Toch was dat nog niet genoeg om een ontdekking te claimen.

Maar nu kijken de nieuwste resultaten naar verschillende eerder niet gerapporteerde vervalmodi van X(2370). De analyse laat zien dat het een "flavour singlet" is, wat betekent dat het niet gebonden is aan een specifieke quark-smaak (up, down of strange) - een cruciale aanwijzing dat het voornamelijk uit gluonen bestaat, ongeveer 90% volgens de samenwerking. Dat komt overeen met de drie primaire voorspelde eigenschappen voor een glueball, wat het BES III-team een complete bewijsketen noemt.

"Het is een experimentele triomf," zei Colin Morningstar, een deeltjesfysicus aan de Carnegie Mellon University die niet betrokken was, tegen Science. "Het is het sterkste bewijs tot nu toe dat deeltjes die gedomineerd worden door een glueball-component in de natuur kunnen bestaan."

Volgende stap: onafhankelijke verificatie, misschien bij de voorgestelde Super Tau-Charm Facility (STCF) in China of de Electron-Ion Collider die in aanbouw is bij Brookhaven National Laboratory in de VS. Maar BES III is momenteel de enige machine die zich uitsluitend toelegt op de jacht op gluonen, dus bevestiging kan nog wel even duren. Het artikel staat op arXiv, 2026, DOI: 10.48550/arXiv.2607.20366.