Светът на физиката на частиците е пълен с удивително странни явления, но последното откритие може би надминава всичко досега. Запознайте се с глуонната топка (glueball) – частица, която на практика не е изградена от нищо, което обичайно бихме определили като материя. И все пак, според екип от китайски учени, тя съвсем реално съществува.

Какво представлява глуонната топка?

Името glueball до голяма степен говори само за себе си – стига да знаете, че съществуват частици, наречени глуони. Те пренасят силното ядрено взаимодействие по подобен начин, по който фотоните – частиците на светлината – са носители на електромагнитното взаимодействие. И също като протоните, тези глуони нямат маса.

Не усещаме силното ядрено взаимодействие така, както усещаме ефектите на магнетизма или гравитацията, но без него самото ни съществуване би било невъзможно. Именно тази сила държи заедно кварките – фундаменталните частици, които изграждат протоните и неутроните в атомните ядра.

„Цветове“, които нямат нищо общо с цветовете

Според съвременната теория за силното взаимодействие, известна като квантова хромодинамика (QCD), частиците могат да притежават т.нар. цветен заряд. Той няма нищо общо с цветовете, които възприемаме с очите си – това е просто термин, използван от физиците. Идеята е, че наблюдаваните частици трябва да бъдат „безцветни“, затова техните съставни части трябва да се комбинират така, че цветните им заряди взаимно да се неутрализират.

За аналогия можем да използваме теорията на цветовете: бяла светлина може да се получи чрез съчетаването на червена, синя и зелена светлина. Протонът в атомното ядро е изграден от три кварка и за да бъде крайният резултат „безцветен“, те трябва да носят съответно червен, син и зелен цветен заряд.

Тук обаче аналогията с обикновените цветове започва да се разпада. Съществуват и частици, наречени мезони, които са изградени само от два кварка. При тях комбинациите могат да бъдат червено и античервено, синьо и антисиньо или зелено и антизелено.

Казахме ви, че нещата са странни.

Как глуоните могат сами да образуват частица

И за да стане картината още по-необичайна, глуоните – които, нека припомним, нямат маса – също носят цветен заряд. Именно това тяхно свойство позволява, поне според теорията, глуоните да взаимодействат помежду си по такъв начин, че да образуват самостоятелна частица – без за това да е необходима материя в обичайния смисъл на думата.

Къде учените търсят подобна частица?

Тук идва ред на Beijing Spectrometer III (BES III) – детектор към ускорителен комплекс в Китай, който е особено подходящ за получаването и изучаването на една много специфична частица: мезона J/ψ (произнася се „джей-псай“).

Както вече стана дума, мезоните са изградени от два кварка. В случая с J/ψ това са чаровен кварк и чаровен антикварк. Подобно на останалите мезони, J/ψ е изключително нестабилен и се разпада на други частици само за частица от секундата.

Мистериозната X(2370)

През 2024 г. изследователи съобщиха за съществуването на възможна нова частица, известна като X(2370). Още тогава наблюдаваните ѝ характеристики изглеждаха подходящи за най-лекия възможен глуон, предсказан от квантовата хромодинамика.

Сега учените представят нови наблюдения в научна статия, публикувана като препринт миналия месец, както и в последваща презентация по време на Международната конференция по физика на високите енергии (ICHEP). Новите резултати засилват предположението, че това, което наблюдават, действително може да е глуонна топка.

Измерените свойства на частицата съвпадат с очакванията за подобен обект, а според екипа тя е изградена на около 90% от глуони.

Открита ли е наистина глуонната топка?

Все още е рано да се каже със сигурност. За да бъде потвърдено съществуването на тази глуонна топка, резултатите трябва да бъдат независимо проверени. А това може да отнеме време – BES III е изключително добре пригоден именно за търсенето на подобни частици и в това отношение практически няма аналог сред останалите съоръжения по света.

Изследването е достъпно в сървъра за препринти arXiv.

Източник: IFLScience; превод и редакция: Владимир Тодоров