Các nhà vật lý làm việc tại Máy va chạm Positron Electron Bắc Kinh của Trung Quốc đã tìm thấy bằng chứng mạnh nhất cho đến nay rằng glueball tồn tại — các hạt kỳ lạ được tạo thành hoàn toàn từ gluon, các hạt mang lực liên kết các quark bên trong proton và neutron. Kết quả đã được trình bày tuần trước tại Hội nghị Quốc tế về Vật lý Năng lượng Cao (ICHEP) và được đăng trên máy chủ in sẵn arXiv.
Glueball là gì?
Gluon là các hạt truyền lực hạt nhân mạnh. Trong điều kiện bình thường, chúng chỉ tồn tại bên trong hạt nhân nguyên tử, kết dính các quark lại với nhau. Sắc động lực học lượng tử, lý thuyết mô tả lực mạnh, dự đoán rằng các gluon cũng có thể liên kết với nhau để tạo thành các hạt không có quark nào cả. Những hạt đó được gọi là glueball. Trong hơn 50 năm, các nhà vật lý đã tìm kiếm chúng mà không có thành công thuyết phục.
Khám phá X(2370)
Thí nghiệm BES III, chạy tại Máy va chạm Positron Electron Bắc Kinh II tại Viện Vật lý Năng lượng Cao, đã quan sát thấy một hạt gọi là X(2370) trong sự phân rã của các hạt J/psi. Khối lượng của hạt này khớp với dự đoán từ sắc động lực học lượng tử mạng tinh thể cho một glueball giả vô hướng, và các mô hình phân rã của nó cho thấy các đặc tính đơn tử hương vị được mong đợi của một trạng thái chiếm ưu thế bởi glueball.
"Đó là một chiến thắng thực nghiệm," Colin Morningstar, một nhà vật lý hạt tại Đại học Carnegie Mellon, người không tham gia nghiên cứu, nói với Science. "Đó là bằng chứng mạnh nhất cho đến nay rằng các hạt chiếm ưu thế bởi thành phần glueball có thể tồn tại trong tự nhiên."
Điều gì tiếp theo
Bước tiếp theo là xác minh độc lập bởi các thí nghiệm khác. Các nhà vật lý chỉ ra Cơ sở Super Tau-Charm được đề xuất ở Trung Quốc và Máy va chạm Electron-Ion đang được xây dựng tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở Hoa Kỳ là những cơ sở có thể xác nhận kết quả.
Phát hiện này, nếu được xác nhận, sẽ cho thấy rằng các hạt lực giữ vật chất lại với nhau có thể tự tạo thành vật chất — một dự đoán của sắc động lực học lượng tử đã chờ đợi hàng thập kỷ để có bằng chứng thực nghiệm. Thí nghiệm BES III, bắt đầu vào năm 2008, được thiết kế một phần để săn tìm chính xác loại hạt này.