Natuurkundigen die werken bij China's Beijing Electron Positron Collider hebben het sterkste bewijs tot nu toe gevonden dat glueballs bestaan — exotische deeltjes die volledig uit gluonen bestaan, de krachtdragende deeltjes die quarks in protonen en neutronen binden. De resultaten werden vorige week gepresenteerd op de International Conference on High Energy Physics (ICHEP) en geplaatst op de preprintserver arXiv.
Wat is een glueball?
Gluonen zijn de deeltjes die de sterke kernkracht overbrengen. Onder normale omstandigheden bestaan ze alleen in atoomkernen, waar ze quarks aan elkaar lijmen. Quantumchromodynamica, de theorie die de sterke kracht beschrijft, voorspelt dat gluonen ook aan elkaar kunnen binden om deeltjes te vormen zonder quarks. Die deeltjes worden glueballs genoemd. Meer dan 50 jaar hebben natuurkundigen zonder overtuigend succes naar hen gezocht.
De X(2370)-ontdekking
Het BES III-experiment, dat draait bij de Beijing Electron Positron Collider II aan het Institute of High Energy Physics, nam een deeltje genaamd X(2370) waar in de vervallen van J/psi-deeltjes. De massa van het deeltje komt overeen met voorspellingen van rooster-quantumchromodynamica voor een pseudoscalaire glueball, en de vervalpatronen vertonen de flavor-singlet-eigenschappen die worden verwacht van een door glueballs gedomineerde toestand.
"Het is een experimentele triomf", vertelde Colin Morningstar, een deeltjesfysicus aan Carnegie Mellon University die niet bij het onderzoek betrokken was, aan Science. "Het is het sterkste bewijs tot nu toe dat deeltjes die door een glueballcomponent worden gedomineerd in de natuur kunnen bestaan."
Wat komt er nu
De volgende stap is onafhankelijke verificatie door andere experimenten. Natuurkundigen wijzen op de voorgestelde Super Tau-Charm Facility in China en de Electron-Ion Collider die in aanbouw is bij Brookhaven National Laboratory in de Verenigde Staten als faciliteiten die het resultaat zouden kunnen bevestigen.
De bevinding, indien bevestigd, zou aantonen dat de krachtdeeltjes die materie bij elkaar houden zelf materie kunnen vormen — een voorspelling van quantumchromodynamica die tientallen jaren op experimenteel bewijs heeft gewacht. Het BES III-experiment, dat in 2008 van start ging, was mede ontworpen om precies op dit soort deeltjes te jagen.