Fizycy z eksperymentu Beijing Spectrometer III (BES III) odkryli to, co nazywają najmocniejszym jak dotąd dowodem na istnienie glueballi – tych mitycznych cząstek zbudowanych w całości z gluonów, które teoria kwantowa upiera się, że powinny istnieć, ale które były raczej wstydliwe jeśli chodzi o pokazanie się. Wyniki pojawiły się w preprintcie na arXiv w zeszłym miesiącu i zostały zaprezentowane na Międzynarodowej Konferencji Fizyki Wysokich Energii (ICHEP) w zeszłym tygodniu.

Cofnijmy się do podstaw: wszystko, co widzisz, składa się z kwarków, utrzymywanych razem przez gluony, które są nośnikami silnego oddziaływania jądrowego. Te gluony (tak, naprawdę stąd pochodzi nazwa) wiążą kwarki w protony i neutrony, które tworzą jądra atomów. Bozon Higgsa, odkryty w 2012 roku po dziesięcioleciach poszukiwań, został okrzyknięty ostatnim elementem Modelu Standardowego, ale wciąż brakuje pewnych elementów – glueball będąc dość rażącym. Są one bezpośrednim przewidywaniem chromodynamiki kwantowej (QCD), teorii silnego oddziaływania, i powinno istnieć nawet kilka ich odmian.

Jak Matthew Francis wyjaśnił dla Ars w 2015 roku, glueball są częścią powodu, dla którego materia ma masę. Podobnie jak Higgs, są powiązane z masą, ale w inny sposób: większość masy protonów i neutronów nie pochodzi z kwarków, ale z energii gluonów wiążących je razem, dzięki E=mc². Gluony również przyklejają się do siebie, nie tylko do kwarków, więc teoretycznie można zbudować cząstkę z czystych gluonów – bez kwarków. To jest glueball.

Polowanie skupiło się na cząstce J/ψ, mezonie z kwarkiem powabnym i antykwarkiem powabnym, odkrytym w 1974 roku. Kiedy cząstki J/ψ rozpadają się, produkują mnóstwo gluonów i hadronów, co czyni je głównym terenem łowieckim dla sygnatur glueballi. Aby cząstka kwalifikowała się jako kandydat na glueball, musi mieć zerowy spin, zerowy ładunek elektryczny i nieparzystą parzystość, między innymi.

Wchodzi BES III, akcelerator elektron-pozyton zaprojektowany specjalnie do tego polowania. Zaczął zbierać dane w 2008 roku i w ciągu roku zarejestrował ponad 226 milionów zdarzeń. Jednym z najmocniejszych kandydatów na najlżejszy glueball jest cząstka X(2370), odkryta tam w 2011 roku, z masą początkowo zmierzoną na 2,370 GeV/C², nieco poniżej przewidywanych 2,395 GeV/C² z QCD na sieci.

Do 2024 roku BES III zgromadził ponad 10 miliardów zdarzeń J/ψ, co umożliwiło dostrzeżenie rzadkich zdarzeń i egzotycznych stanów, takich jak mezony XYZ i tetraquarki, oraz zmierzenie X(2370) z niespotykaną dotąd dokładnością. Zespół uzyskał przewidywaną masę 2,395 GeV/C² – ładne dopasowanie do teorii – oraz spin i parzystość zgodne z QCD. Wciąż jednak to nie wystarczyło, aby ogłosić odkrycie.

Ale teraz najnowsze wyniki analizują kilka wcześniej niezgłaszanych kanałów rozpadu X(2370). Analiza pokazuje, że jest to „singlet smakowy”, co oznacza, że nie jest związany z żadnym konkretnym smakiem kwarka (górnym, dolnym lub dziwnym) – to kluczowa wskazówka, że składa się głównie z gluonów, w około 90% według współpracy. To odpowiada trzem głównym przewidywanym właściwościom glueballa, które zespół BES III nazywa kompletnym łańcuchem dowodów.

„To eksperymentalny triumf” – powiedział Colin Morningstar, fizyk cząstek z Carnegie Mellon University, który nie był zaangażowany, w rozmowie z Science. „To najmocniejszy jak dotąd dowód, że cząstki zdominowane przez składnik glueballa mogą istnieć w przyrodzie.”

Następny krok: niezależna weryfikacja, być może w proponowanym Super Tau-Charm Facility (STCF) w Chinach lub w Electron-Ion Collider budowanym w Brookhaven National Laboratory w USA. Ale BES III jest obecnie jedyną maszyną poświęconą wyłącznie polowaniu na gluony, więc potwierdzenie może zająć trochę czasu. Artykuł jest na arXiv, 2026, DOI: 10.48550/arXiv.2607.20366.