Физики из международной коллаборации BESIII получили наиболее убедительные на сегодня свидетельства существования глюболла — необычной частицы, основу которой составляют глюоны. Новые данные указывают, что глюболльная составляющая преобладает в ранее обнаруженной частице X(2370).
Глюоны переносят сильное взаимодействие, удерживающее кварки внутри протонов, нейтронов и других составных частиц. В отличие от фотонов, они способны взаимодействовать друг с другом. Квантовая хромодинамика допускает, что при определенных условиях глюоны могут образовывать собственные связанные состояния без обязательного участия кварков. Такие частицы получили название глюболлов.
Теория предсказывает их существование около полувека, однако однозначно подтвердить прогноз пока не удалось. Главная проблема заключается в том, что предполагаемые глюболлы могут смешиваться с обычными частицами, содержащими кварки и антикварки. Из-за этого ученым сложно определить, возникло ли наблюдаемое состояние преимущественно из глюонов или имеет другую внутреннюю структуру.
Главным кандидатом стала X(2370), которую эксперимент BESIII впервые зарегистрировал в 2011 году при изучении радиационных распадов J/ψ-мезонов. Число в названии приблизительно соответствует массе частицы — около 2370 мегаэлектронвольт. Этот показатель укладывается в диапазон 2,3–3 гигаэлектронвольта, рассчитанный методами решеточной квантовой хромодинамики для легчайшего псевдоскалярного глюболла.
В 2024 году исследователи проанализировали выборку из десяти миллиардов J/ψ-мезонов и установили квантовые характеристики X(2370). Частица имеет нулевой спин и отрицательную четность, обозначаемые как 0⁻⁺. Именно такие свойства теория предсказывает для псевдоскалярного глюболла. Статистическая значимость этого результата превысила 9,8 стандартного отклонения.
Новый этап работы был посвящен каналам распада X(2370). Физики не обнаружили распад, который должен быть подавлен у состояния без определенного кваркового аромата. Это позволило отнести X(2370) к так называемым ароматическим синглетам — частицам, не связанным преимущественно с каким-либо одним типом кварков. Такое свойство считается одним из важнейших признаков глюболла.
В пользу этой интерпретации говорят и другие особенности X(2370). Ее достаточно часто регистрируют в богатых глюонами радиационных распадах J/ψ-мезонов. Наблюдаемые каналы распада похожи на поведение ηc-мезона, распадающегося через глюонные промежуточные состояния. Ученые также зафиксировали небольшую парциальную ширину распадов и подавление некоторых радиационных каналов, чувствительных к присутствию кварков.
Авторы считают, что совокупность массы, квантовых характеристик, частоты образования и особенностей распада трудно одновременно объяснить без преобладающей глюболльной составляющей. Другие предложенные трактовки X(2370), включая обычное кварк-антикварковое состояние и многокварковые частицы, по оценке коллаборации, хуже согласуются со всем набором измерений.
При этом речь пока не идет об окончательном обнаружении полностью «чистого» глюболла. X(2370) может представлять собой смешанное состояние, в котором преобладает глюонный компонент, но присутствуют и кварковые составляющие.
Читайте также: Физики создали временной кристалл для управления светом
