Честичка составена од „сила“? Физичарите тврдат дека се поблиску од кога било до мистериозниот глуониум

Истражувачите од меѓународниот експеримент BESIII ги претставија најновите резултати на Меѓународната конференција за физика на високи енергии во Натал, Бразил. Според нивната анализа, честичката позната како X(2370), откриена уште во 2011 година, има својства што силно укажуваат дека во нејзиниот состав доминира глуониум.

Сепак, научниците нагласуваат дека сè уште нема еден единствен, дефинитивен доказ со кој би можело недвосмислено да се каже дека X(2370) е глуониум. Наместо тоа, станува збор за натрупување на докази собрани во текот на повеќе години, кои истражувачите сега ги оценуваат како прилично убедливи.

Што е всушност глуониум?

Глуоните се честички кои ја пренесуваат силната нуклеарна интеракција – една од фундаменталните сили во природата. Тие ги поврзуваат кварковите, од кои се составени протоните и неутроните, а со тоа играат суштинска улога во структурата на атомското јадро.

Но, глуоните имаат уште една особина што ја прави приказната особено интересна: тие можат да стапуваат во интеракција и меѓусебно. Токму тоа е едно од клучните предвидувања на квантната хромодинамика, теоријата која го опишува однесувањето на кварковите и глуоните.

Ако се потврди постоењето на глуониумот, тоа би претставувало директен доказ дека глуоните навистина можат да формираат стабилни, барем привремени, составни системи без нивната структура нужно да зависи од кварковите на начинот на кој тоа се случува кај протоните и неутроните.

Откритието може да помогне и во разбирањето на масата

Значењето на ова истражување оди подалеку од потрагата по уште една егзотична честичка. Физичарите сметаат дека проучувањето на глуоните може да помогне во разбирањето на едно од основните прашања во физиката: од каде доаѓа најголемиот дел од масата на материјата?

Протоните се составени од кваркови, но едноставниот збир на масите на тие кваркови не ја објаснува целокупната маса на протонот. Глуоните самите немаат маса, но енергијата содржана во силните интеракции меѓу кварковите и глуоните има клучна улога во создавањето на масата на составните честички.

Затоа, подоброто разбирање на однесувањето на глуоните и нивните меѓусебни интеракции би можело да понуди дополнителен увид во механизмите со кои енергијата и силните интеракции се претвораат во маса на материјата што ја набљудуваме.

Потрагата започна пред речиси две децении

Експериментот BESIII започна во 2008 година и е дизајниран за проучување на судирите меѓу електрони и позитрони. Во таквите судири можат да настанат краткотрајни честички, кои потоа се распаѓаат на други честички и оставаат траги што физичарите можат да ги анализираат.

Честичката X(2370) се издвојила како особено интересен кандидат затоа што нејзината маса се вклопува во предвидувањата за еден од најлесните можни типови глуониум. Дополнителен аргумент било тоа што X(2370) била забележана при распаѓање на потешката честичка J/ψ мезон.

Токму распаѓањето на J/ψ се смета за особено погодно место за барање траги од глуониум. Експериментот BESIII може да произведе огромен број J/ψ честички, што им овозможува на истражувачите детално да ги проучуваат нивните распаѓања и да бараат исклучително ретки сигнали.

Десет милијарди распади биле дел од истрагата

Сепак, првичните резултати не биле доволни за да се исклучи можноста дека X(2370) е некој друг тип честичка. Затоа истражувачите продолжиле со анализа на податоците.

Во текот на 13 години биле обработени податоци поврзани со речиси 10 милијарди распади на J/ψ честички. Во 2024 година истражувачите успеале да го утврдат и спинскиот паритет на X(2370), квантна карактеристика која опишува како честичката се однесува под одредени трансформации.

Резултатот покажал дека X(2370) е псевдоскаларна честичка со спински паритет 0−+, што се совпаѓа со предвидувањата за најлесниот глуониум. Но, и овој резултат сам по себе не бил конечен, бидејќи и други честички можат да поседуваат слични квантни својства.

X(2370) можеби не е „чист“ глуониум

Во последните две години истражувачите извршиле дополнителни мерења на распаѓањето на X(2370), а токму нејзиното однесување го сметаат за еден од најважните показатели дека честичката има карактеристики очекувани од глуониум.

Но, тука постои важна нијанса. X(2370) не мора да биде целосно „чист“ глуониум. Според толкувањето на истражувачите, честичката може да претставува мешавина во која доминира глуониумот, но во која постои и одреден придонес од кварк-антикварк состојки.

Во квантната механика, состојбите на честичките можат да се опишуваат како комбинации на различни можности. Така, теоретски е можно X(2370) да има, на пример, доминантна глуониумска компонента и помала кварк-антикварк компонента.

Истражувачите ги споредиле измерените својства на X(2370) со повеќе теоретски модели и различни можни честички. Нивниот заклучок е дека алтернативните објаснувања не успеваат целосно да ги објаснат сите досега добиени податоци.

Ова можеби е само почеток

И покрај возбудливите резултати, физичарите се воздржани од прогласување на конечна победа. Во физиката на честички, особено кај исклучително краткотрајните и нестабилни состојби, разликата меѓу „силен кандидат“ и „докажано откритие“ е огромна.

Затоа следната фаза ќе биде насочена кон уште попрецизно мерење на својствата на X(2370), како и кон споредба со други кандидати кои би можеле да претставуваат различни форми на глуониум.

Ако идните мерења ја потврдат сегашната слика, научниците би добиле еден од најдиректните докази дека глуоните можат да се поврзуваат меѓусебно и да создаваат егзотични составни состојби. Тоа не би било само откритие на нова честичка, туку важен тест на самите темели на квантната хромодинамика.