Міжнародна команда фізиків, що працює на колайдері в Пекіні, повідомила про найпереконливіші на сьогодні докази існування так званого глюбола — екзотичної частинки, повністю утвореної носіями сильної взаємодії. Аналіз показує, що відома частинка X(2370) переважно складається саме з такого стану, повідомляє ScienceAlert.
Що таке глюболи і чому їх так важко знайти
У Стандартній моделі фізики елементарних частинок сильну взаємодію описує квантова хромодинаміка. Вона пояснює, як кварки та глюони формують звичайну матерію. Кварки — це фундаментальні частинки, які об’єднуються трійками в баріони, зокрема протони й нейтрони. Глюони виконують роль «клею», що зв’язує кварки всередині цих частинок.
Теорія передбачає, що глюони можуть взаємодіяти не лише з кварками, а й між собою, утворюючи особливі стани — глюболи. Це унікальний тип частинок, складених повністю з посередників сили, без жодного «звичайного» матерійного компонента. Проте такі стани надзвичайно нестабільні й швидко розпадаються, тому їх вкрай складно виявити експериментально.
Ті самі закони сильної взаємодії, які керують глюонами, відповідають і за залишкову сильну силу, що утримує протони й нейтрони разом в атомному ядрі — подібно до того, як фотони переносять електромагнітну взаємодію.
Колайдер у Пекіні та частинка X(2370)
Нові результати отримані на електрон-позитронному колайдері BEPCII в Пекіні, де працює колаборація Beijing Spectrometer III (BES III). У цьому прискорювачі електрони зіштовхуються зі своїми антиматеріальними «двійниками» — позитронами, створюючи широкий спектр короткоживучих частинок.
Серед продуктів таких зіткнень з’являється мезон J/ψ (J/псі), який майже миттєво розпадається. Саме розпади J/ψ, за словами дослідників, є одним із найкращих каналів пошуку глюболів, і ця задача вже десятиліттями є одним із головних пріоритетів колайдера.
Частинку X(2370) вперше виявили у 2011 році в експериментах BES III. Тепер команда проаналізувала величезний масив даних зіткнень, щоб з’ясувати її природу. У попередній роботі, опублікованій у 2024 році, вони дослідили 10 мільярдів подій розпаду мезонів і вперше точно виміряли масу X(2370) та її спін-парність — характеристику, що визначає тип взаємодій і схему розпаду частинки. Ці параметри повністю збіглися з теоретичними передбаченнями для глюбола.
Ознаки «чистого» глюонного стану
У новому аналізі фізики виявили додаткові канали розпаду X(2370) і встановили її так звану флейвор-синглетну природу — «найважливішу характеристику глюбола». У спрощеному вигляді це означає, що частинка не віддає переваги жодному з шести типів (флейворів) кварків. Її розпади виглядають однаково щодо всіх «смаків» кварків, без помітної вибірковості.
На думку дослідників, саме глюбол є «домінувальним складником» X(2370). Іншими словами, ця частинка переважно складається з глюонів — безмасових носіїв сильної взаємодії між кварками. Один із керівників роботи, фізик-експериментатор Цзінь Шань (Jin Shan) з Нанкінського університету, називає отриманий стан «безпрецедентною формою матерії».
За його словами, виявлення такого об’єкта не лише піддає теорію сильної взаємодії найжорсткішій перевірці, а й суттєво розширює межі нашого розуміння фізичного світу.
Наскільки це остаточний доказ
Результати описані в препринті, розміщеному на сервісі arXiv, і були представлені на Міжнародній конференції з фізики високих енергій у Бразилії. Автори підкреслюють, що їхній аналіз практично відкидає альтернативні пояснення природи X(2370), якщо порівнювати виміряні характеристики з теоретичними розрахунками.
Водночас потрібні нові експерименти, щоб ще точніше перевірити й уточнити властивості цього екзотичного стану. Для цього знадобиться ще більше зіткнень частинок і ще детальніший аналіз продуктів розпаду.
Попри це, робота вже зараз проливає світло на частинку, яка не має аналогів у нашому повсякденному досвіді, та демонструє прогрес експериментальних технологій і методів обробки даних. Автори називають її найчіткішим експериментальним результатом за майже півстоліття пошуків глюболів, що підтримує давнє теоретичне передбачення: глюони справді можуть зв’язуватися між собою, утворюючи нову форму матерії.