グルーボールとは何か？
中国の北京電子陽電子衝突型加速器で研究する物理学者たちは、グルーボールが存在するというこれまでで最も有力な証拠を発見した。グルーボールとは、陽子や中性子の内部でクォークを結びつける力を伝える粒子であるグルーオンのみで構成されたエキゾチックな粒子である。この結果は先週、国際高エネルギー物理学会議で発表され、プレプリントサーバーarXivに掲載された。グルーオンは、強い核力を伝える粒子である。通常の状態では、原子核の内部にのみ存在し、クォークを結合させている。強い力を記述する理論である量子色力学は、グルーオンが互いに結合して、クォークをまったく含まない粒子を形成することもできると予測している。それらの粒子はグルーボールと呼ばれる。50年以上にわたり、物理学者たちは決定的な成功なしにそれらを探索してきた。
X(2370)の発見
高エネルギー物理研究所の北京電子陽電子衝突型加速器IIで稼働するBES III実験は、J/psi粒子の崩壊でX(2370)と呼ばれる粒子を観測した。この粒子の質量は、擬スカラーグルーボールに対する格子量子色力学の予測と一致し、その崩壊パターンは、グルーボールが支配的な状態に期待されるフレーバー一重項特性を示している。「これは実験的な勝利です」と、この研究には関与していないカーネギーメロン大学の素粒子物理学者コリン・モーニングスター氏はScienceに語った。「これは、グルーボール成分が支配的な粒子が自然界に存在し得るという、これまでで最も有力な証拠です」
今後の展望
次のステップは、他の実験による独立した検証である。物理学者たちは、中国で提案されているスーパー・タウ・チャーム施設と、米国ブルックヘブン国立研究所で建設中の電子イオン衝突型加速器が、この結果を確認できる施設として挙げている。この発見が確認されれば、物質を結びつける力の粒子がそれ自体で物質を形成できることを示すことになり、これは量子色力学の予測であり、実験的証明に数十年待たされたものだ。2008年に開始されたBES III実験は、まさにこの種の粒子を探索するために設計された部分もある。