“Це найпереконливіший доказ на сьогодні, що частинки, які домінують клейбольним компонентом, можуть існувати в природі”.
Фізики з експерименту Beijing Spectrometer III (BES III) в Китаї виявили нові переконливі докази існування так званих клейболів — невловимих композитних частинок, що повністю складаються з глюонів, передбачених квантовою теорією. Результати з’явилися в препринті, опублікованому на arXiv минулого місяця, а також були представлені минулого тижня на Міжнародній конференції з фізики високих енергій (ICHEP).
Усі навколишні об’єкти складаються з кварків, утримуваних разом глюонами (переносниками сильної ядерної взаємодії) для утворення протонів і нейтронів, які становлять ядро кожного атома. Бозон Хіггса, відкритий у 2012 році після десятиліть пошуків, вважався останньою відсутньою деталлю Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Однак залишається чимало невирішених питань, зокрема, чи існують клейболи насправді. Згідно зі Стандартною моделлю, вони повинні існувати, оскільки є прямим передбаченням квантової хромодинаміки, тобто теорії сильної ядерної взаємодії. Навіть повинно існувати кілька видів клейболів.
Як писав Метью Френсіс для Ars у 2015 році:
Подібно до бозона Хіггса, клейболи є однією з причин, чому матерія має масу. Бозон Хіггса є проявом “поля Хіггса”, яке присутнє в усьому Всесвіті. Кварки, електрони та інші фундаментальні частинки були б безмасовими в космосі без Хіггса, але коли вони взаємодіють з цим полем, вони набирають масу. Натомість, більша частина маси протонів і нейтронів походить не від кварків, а від “клею”, що утримує їх разом.
Глюони — причина цього клею (адже вони так і називаються — “glue-ons”, тобто “клей-они”). Хоча вони не мають маси, енергія, що витрачається на зв’язування всього всередині протона, величезна, і значна частина цієї енергії перетворюється на масу згідно з E=mc². Без глюонів протони б не існували, не кажучи вже про їхню велику масу. Але є ще один побічний ефект: глюони злипаються між собою, а не лише з кварками. Це означає, що можна створити частинку лише з глюонів, без кварків — це і є клейбол.
У “зоопарку” субатомних частинок існує запаморочлива кількість елементів. Особливо актуальною для пошуку клейболів є так звана J/ψ-частинка, відкрита в 1974 році. Це мезон, що складається з одного чарівного кварка та одного чарівного антикварка. Коли ці частинки розпадаються, вони утворюють багато глюонів і композитних частинок, відомих як адрони. Тому фізики давно вважали це найкращим експериментальним середовищем для пошуку сигнатур клейболів. За словами астрофізика Ітана Сігела, щоб частинка вважалася можливим клейболом, вона повинна мати нульовий спін, нульовий електричний заряд та непарну парність, серед інших властивостей.
Великі кульки клею
Експеримент BES III, колайдер електрон-позитронів, спеціально розроблений для вивчення J/ψ-частинок на предмет виявлення сигнатур клейболів. Оновлений колайдер почав збирати дані у 2008 році й протягом року зареєстрував понад 226 мільйонів подій. Одним з найсильніших кандидатів на найлегший стан клейбола є частинка X(2370), відкрита у 2011 році на BES III. Як випливає з її назви, маса спочатку була виміряна на рівні 2,370 ГеВ/c², що трохи менше за 2,395 ГеВ/c², передбачені теорією ґраткової КХД.
До 2024 року кількість зареєстрованих подій перевищила 10 мільярдів J/ψ-частинок. Це зробило статистично більш імовірним виявлення експериментом рідкісних подій та екзотичних станів, таких як XYZ-мезони та тетракварки, а також великої кількості частинок X(2370), що дозволило точніше, ніж будь-коли раніше, виміряти властивості останньої.
Фізики BES III отримали прогнозовану масу 2,395 ГеВ/c², що є вражаючою відповідністю між експериментом та теоретичними передбаченнями для клейбола. Його спін і парність також відповідали КХД. Цього все ще було недостатньо, щоб однозначно заявити про відкриття першого клейбола. Але це був найпереконливіший доказ існування клейболів дотепер.
Останні результати досліджували кілька раніше невивчених режимів розпаду X(2370). Аналіз показав, що X(2370) є “смаковим синглетом”, тобто він не пов’язаний з одним конкретним смаком кварка, таким як верхній, нижній або дивний. Це є життєво важливою експериментальною підказкою на підтримку того, що це частинка, яка переважно складається з глюонів (за оцінками колаборації, вона складається приблизно на 90% з глюонів). Це означає, що X(2370) відповідає трьом основним передбаченим властивостям клейбола, що команда BES III вважає повним ланцюжком доказів.
“Це експериментальний тріумф”, — сказав Science Колін Морнінгстар, фізик-теоретик з Університету Карнегі-Меллона, який не брав участі в дослідженні. “Це найпереконливіший доказ на сьогодні, що частинки, які домінують клейбольним компонентом, можуть існувати в природі”. Наступним кроком є незалежна перевірка результатів іншими групами — можливо, на запропонованому Супертау-чарівному fasilitas (STCF) в Китаї або на Електрон-іонному колайдері, що будується в Брукхейвенській національній лабораторії в США. BES III наразі є єдиною установкою, присвяченою виключно полюванню на глюони, тому незалежне підтвердження може зайняти деякий час.
arXiv, 2026. DOI: 10.48550/arXiv.2607.20366 (Про DOI).
<img
Джерело новини: arstechnica.com