После 50 лет поисков физики возможно обнаружили глюболы

Квантовая хромодинамика — важная составляющая Стандартной модели физики элементарных частиц — описывает сильное взаимодействие кварков и глюонов, в результате которого возникает обычная материя, которую мы видим, ощущаем на ощупь и пробуем на вкус.

Кварки — это фундаментальные субатомные частицы, которые объединяются в тройки, образуя знакомые нам барионы, такие как протоны и нейтроны, а глюоны — это квантовый «клей», который скрепляет их кварковую структуру. На протяжении почти 50 лет физики искали «глюболы» [glue — клей, ball — шар] — экзотические частицы, предсказанные этой теорией сильного взаимодействия.

Теперь группа учёных, работающая на коллайдере в Пекине, заявляет, что у неё появились самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что в составе известной частицы X(2370) преобладает одно из этих неуловимых состояний.

Физики тщательно проанализировали остатки столкновений высокоэнергетических частиц, чтобы найти веские доказательства существования этого глюбола, состоящего преимущественно из глюонов — безмассовых носителей силы сильного взаимодействия между кварками. Новые доказательства мимолётного существования этого экзотического, нестабильного глюбола приведены в недавнем препринте на arXiv, представленном на Международной конференции по физике высоких энергий в Бразилии.

Анализ команды учёных позволяет предположить, что глюбол является «доминирующим компонентом» частицы X(2370), открытой в 2011 году коллаборацией Beijing Spectrometer III (BES III) при Институте физики высоких энергий (IHEP) в Пекине.

В рамках этого совместного проекта используется Пекинский электрон‑позитронный коллайдер II (BEPCII) — ускоритель частиц и коллайдер, в котором электроны сталкиваются со своими античастицами, называемыми позитронами, с целью изучения сложных явлений в физике частиц.

Получающийся в результате глюбол представляет собой «беспрецедентную форму материи», — говорит Цзинь Шань, физик‑частиц из Нанкинского университета и один из руководителей исследовательской группы.

Когда частицы сталкиваются друг с другом со скоростью, близкой к скорости света, последующий взрыв субатомного «конфетти» приводит к появлению целого ассортимента короткоживущих продуктов. Одним из них является мезон J/ψ (J/psi) — субатомная частица, которая возникает в результате высокоэнергетических столкновений и почти сразу же распадается.

Эти распады «представляют собой один из лучших способов поиска глюболов, а поиск глюболов на протяжении десятилетий является одной из основных физических задач коллайдера», — отмечают исследователи.

Ранее, в исследовании, опубликованном в журнале «Physical Review Letters» в 2024 году, учёные проанализировали 10 миллиардов событий распада мезонов. Они в начальный раз измерили массу частицы X(2370) и её спин и чётность — свойства, определяющие её взаимодействия и практически мгновенный распад — и обнаружили полное совпадение экспериментальных значений с теоретическими предсказаниями. Теперь они выявили дополнительные способы распада этой частицы и определили её природу как «флейвор‑синглета» — важнейшую характеристику глюбола.

Требуются дополнительные эксперименты, чтобы окончательно подтвердить и уточнить характеристики этого очень загадочного глюбола; другими словами, нужно провести больше столкновений частиц.

На данный момент исследователи практически исключили любые другие альтернативные объяснения, основываясь на сравнении своих измерений X(2370) с теоретическими предсказаниями.

Разработчики описывают свою работу как самый ясный экспериментальный итог за почти 50 лет поисков глюболов, подтверждающий давнее теоретическое предсказание о том, что глюоны могут объединяться в новую форму материи.