Физики открыли «глюболы»: частицы, полностью состоящие из силы

Стандартная модель физики элементарных частиц — это краеугольный камень теории, которая отражает наше понимание фундаментальных сил и частиц, составляющих Вселенную. Это своего рода периодическая таблица для физики элементарных частиц.

Она классифицирует все известные субатомные частицы, включая шесть типов кварков, шесть типов лептонов (например, электрон) и частицы, переносящие силу, такие как фотоны для электромагнетизма, глюоны для сильного взаимодействия и W- и Z-бозоны для слабого взаимодействия.

Протоны и нейтроны не являются частью Стандартной модели, поскольку представляют собой более крупные частицы, состоящие из кварков. Все более крупные частицы и вся материя состоят только из кварков и лептонов.

Среди множества частиц, предсказанных Стандартной моделью, некоторые до сих пор не получили подтверждения. Сюда входят «глюболы» или пучки частиц, полностью состоящие из глюонов, частиц, передающих сильное взаимодействие. Другими словами, глюбол (глюоний) — это частица, полностью состоящая из силы.

Глюболы чрезвычайно интересны — и, несмотря на их неуловимую природу, многие физики, занимающиеся частицами, убеждены, что они действительно существуют. Совсем недавно в результате многолетней работы на коллайдере частиц в Пекине, возможно, наконец-то были найдены первые свидетельства существования глюбола — новой частицы под названием X(2370), которая распадается из мезона определенного типа, известного как J/ψ.

Ключевое различие между глюболами и другими частицами заключается в их составе и взаимодействиях, в которых они участвуют. В типичных адронах, таких как протоны и нейтроны, глюоны действуют как «клей», который обеспечивает сильное взаимодействие между кварками.

Напротив, глюболы представляют собой чистые глюонные состояния — по сути, кластеры глюонов, связывающихся друг с другом. Это взаимодействие является уникальной особенностью, возникающей из-за свойства глюонов взаимодействовать друг с другом, в отличие от других носителей силы, таких как фотоны в электромагнетизме.

Обнаружение и изучение глюболов является сложной задачей, поскольку ожидается, что они смешаются с другими кварковыми частицами и распадутся на более знакомые частицы, что делает их неуловимыми для экспериментальных наблюдений.

С момента своего первого запуска в 2008 году Пекинский спектрометр III — экспериментальный детектор частиц, расположенный на Пекинском электрон-позитронном коллайдере — зафиксировал колоссальные 10 миллиардов событий, в результате которых образовались J/ψ-частицы. Это одни из самых нестабильных частиц, существующие в течение кратчайшего момента, прежде чем распасться на что-то еще, включая недавно идентифицированную частицу X(2370).

X(2370) обладает свойствами, соответствующими ожидаемым от глюбола. Полученные результаты также удивительно хорошо согласуются с предсказаниями квантовой хромодинамики (КХД) — вычислительного метода, который лишь недавно стал достаточно развитым, чтобы предсказывать такие экзотические частицы с высокой точностью.

По мнению исследователей из Китая, статистическая значимость результатов превышает 5 сигм. Это означает, что вероятность того, что открытие окажется случайной статистической аномалией, составляет всего 0,00006%.

«Еще предстоит проделать дополнительную работу, чтобы определить полную природу частицы X(2370), но это самое убедительное доказательство существования глюбола, когда-либо созданного в мире. Если в природе не существует глюболов, то со Стандартной моделью что-то не так. Однако если глюболы действительно существуют, то X(2370) может быть первым, открытым человечеству», — написал физик Итан Сигел.

Исследовательская группа признает, что их результаты не являются абсолютным доказательством существования глюболов — они отмечают, что другие взаимодействия могли привести к аналогичным результатам. Таким образом, для достижения консенсуса потребуется дополнительная работа.