Physiker, die am Pekinger Elektron-Positron-Beschleuniger in China arbeiten, haben den stärksten Beweis dafür gefunden, dass Glueballs existieren – exotische Teilchen, die vollständig aus Gluonen bestehen, den kraftübertragenden Teilchen, die Quarks in Protonen und Neutronen binden. Die Ergebnisse wurden letzte Woche auf der Internationalen Konferenz für Hochenergiephysik (ICHEP) vorgestellt und auf den Preprint-Server arXiv gestellt.
Was ist ein Glueball?
Gluonen sind die Teilchen, die die starke Kernkraft übertragen. Unter normalen Bedingungen existieren sie nur in Atomkernen und kleben Quarks zusammen. Die Quantenchromodynamik, die Theorie, die die starke Kraft beschreibt, sagt voraus, dass Gluonen auch aneinander binden können, um Teilchen ohne Quarks zu bilden. Diese Teilchen werden Glueballs genannt. Mehr als 50 Jahre lang haben Physiker ohne schlüssigen Erfolg nach ihnen gesucht.
Die X(2370)-Entdeckung
Das BES-III-Experiment, das am Peking-Elektron-Positron-Beschleuniger II am Institut für Hochenergiephysik läuft, beobachtete ein Teilchen namens X(2370) in den Zerfällen von J/psi-Teilchen. Die Masse des Teilchens stimmt mit Vorhersagen der Gitter-Quantenchromodynamik für einen pseudoskalaren Glueball überein, und seine Zerfallsmuster zeigen die Flavour-Singulett-Eigenschaften, die für einen von Glueballs dominierten Zustand erwartet werden.
„Es ist ein experimenteller Triumph", sagte Colin Morningstar, Teilchenphysiker an der Carnegie Mellon University, der nicht an der Forschung beteiligt war, gegenüber Science. „Es ist der stärkste Beweis dafür, dass Teilchen, die von einer Glueball-Komponente dominiert werden, in der Natur existieren können."
Was als Nächstes kommt
Der nächste Schritt ist die unabhängige Verifizierung durch andere Experimente. Physiker verweisen auf die vorgeschlagene Super-Tau-Charm-Anlage in China und den Elektron-Ionen-Beschleuniger im Bau am Brookhaven National Laboratory in den USA als Einrichtungen, die das Ergebnis bestätigen könnten.
Der Befund würde, wenn er bestätigt wird, zeigen, dass die Kraftteilchen, die Materie zusammenhalten, selbst Materie bilden können – eine Vorhersage der Quantenchromodynamik, die jahrzehntelang auf experimentellen Beweis gewartet hat. Das BES-III-Experiment, das 2008 startete, wurde teilweise genau für die Jagd nach dieser Art von Teilchen entwickelt.