Forschende haben am Beijing Electron-Positron Collider II möglicherweise „Glueballs“ entdeckt. Glueballs sind einzigartige Teilchen, die vollständig aus Gluonen bestehen, bekannt dafür, Quarks innerhalb von Protonen und Neutronen zu binden. Im Gegensatz zu Quarks bilden Gluonen keine Materie, sondern fungieren als Träger der starken Wechselwirkung, einer der vier grundlegenden Kräfte der Physik.

Physik um ein Teilchen reicher?

Die theoretische Physik hat die Existenz von Glueballs schon lange postuliert, da Gluonen theoretisch in der Lage sein sollten, miteinander zu binden. Die jüngsten experimentellen Beweise deuten darauf hin, dass die Teilchen Masse besitzen, die durch Wechselwirkungen der Gluonen entsteht. Diese Masse ist besonders, da Trägerkräfte normalerweise keine Masse besitzen.

Das Team verwendete den Collider, um Mesonen – Teilchen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen – zu beschleunigen und zusammenstoßen zu lassen. Sie sichteten Daten aus einem Jahrzehnt und untersuchten über zehn Milliarden Teilchenproben aus diesen Kollisionen. Ihre Ergebnisse zeigten die Präsenz von Teilchen mit einer Masse von 2.395 MeV/c². Das entspricht eben der Masse, die man Glueballs in der Vergangenheit nachgesagt hat.

Du verstehst nur Bahnhof? Hier die wichtigsten Begriffserklärungen:

• Quarks sind fundamentale Teilchen, Bausteine von Protonen und Neutronen.
• Antiquarks sind die Antiteilchen zu Quarks und besitzen eine entgegengesetzte elektrische Ladungen.
• Gluonen sind Austauschteilchen. Sie vermitteln die starke Wechselwirkung und halten Quarks in Hadronen zusammen.
• Hadronen sind subatomare Teilchen, die aus Quarks zusammengesetzt sind. Sie unterteilen sich in Baryonen (wie Protonen und Neutronen, die aus drei Quarks bestehen) und Mesonen (die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen).

Unterstützung für das Standardmodell

Das spezifische Teilchen, das die Forschenden in diesen Experimenten identifizierten, trägt den Namen X(2370). Obwohl einige Berechnungen nicht genau den erwarteten Ergebnissen für Glueballs entsprachen, waren sie nicht weit davon entfernt. Das ließ das Team darauf schließen, dass weitere Experimente die notwendigen Beweise liefern könnten, um ihre Existenz zu bestätigen.

„Diese experimentelle Beobachtung hat eine Reihe von theoretischen Spekulationen über ihre Natur angeregt. Unter diesen ist eine der faszinierenden Erklärungen ein pseudoskalarer Glueball. Eine hochstatistische J/ψ-Datenprobe, die mit BESIII gesammelt wurde, bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften des X(2370) weiter zu untersuchen und hilft, die Dynamik der QCD zu verstehen.“

Medina Ablikim et al.

Die Bestätigung von Glueballs würde das Standardmodell der Physik unterstützen, das erklärt, wie die grundlegenden Teilchen und Kräfte interagieren. Das Modell bleibt die beste Erklärung für die Struktur und das Verhalten unseres Universums.

Quellen: „Determination of Spin-Parity Quantum Numbers of X(2370) as 0⁻⁺ from J/ψ → γK^₀ₛK^₀ₛη′“ (Physical Review Letters, 2024)

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