Новые горизонты физики: открытие глюонных шаров в эксперименте BES III

Физики, работающие в эксперименте Beijing Spectrometer III (BES III), сделали важное открытие, предоставив убедительные новые доказательства существования так называемых глюонных шаров — сложных частиц, состоящих исключительно из глюонов, предсказанных квантовой теорией. Результаты исследования были опубликованы в препринте на arXiv в прошлом месяце и представлены на Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP) на прошлой неделе.

Основы стандартной модели

Все, что нас окружает, состоит из кварков, связанных между собой глюонами — переносчиками сильного ядерного взаимодействия, формирующими протоны и нейтроны, которые составляют ядро каждого атома. Открытие бозона Хиггса в 2012 году, после многолетних поисков, стало важным шагом в подтверждении стандартной модели физики частиц. Однако в этой модели все еще остаются множество неразрешенных вопросов, включая существование глюонных шаров.

Глюонные шары: теоретические предпосылки

Согласно стандартной модели, глюонные шары должны существовать, так как они являются прямым предсказанием квантовой хромодинамики — теории сильного ядерного взаимодействия. Ожидается, что существует несколько видов глюонных шаров. Как отметил Мэтью Фрэнсис в 2015 году, глюонные шары, подобно бозону Хиггса, играют важную роль в том, почему материя имеет массу. Бозон Хиггса является проявлением "поля Хиггса", которое присутствует во всей Вселенной. Без взаимодействия с этим полем кварки, электроны и другие элементарные частицы были бы безмассовыми.

Роль глюонов в массе частиц

Однако большая часть массы протонов и нейтронов не исходит от кварков, а формируется благодаря "клею", который их связывает. Глюоны, хотя и не имеют массы, создают огромную энергию, которая, согласно уравнению Эйнштейна E=mc², превращается в массу. Без глюонов протоны не существовали бы, не говоря уже о их значительной массе.

Поиск глюонных шаров

Глюоны имеют свойство связываться не только с кварками, но и друг с другом. Это открывает возможность создания частицы, состоящей только из глюонов, без участия кварков — именно это и есть глюонный шар. В мире субатомных частиц существует огромное разнообразие, и одним из ключевых объектов в поисках глюонных шаров является так называемая частица J/ψ, открытая в 1974 году. Эта мезон состоит из одного чарм-кварка и одного чарм-антикварка. При распаде этих частиц выделяется множество глюонов и композитных частиц, известных как адроны, что делает этот экспериментальный режим наиболее подходящим для поиска признаков глюонных шаров.

Критерии для определения глюонных шаров

Согласно астрофизику Итану Сигелу, чтобы частица могла считаться возможным глюонным шаром, она должна обладать нулевым спином, отсутствием электрического заряда и нечетным паритетом, среди других свойств. Эти характеристики делают глюонные шары уникальными и сложными для обнаружения, что подчеркивает важность недавних результатов эксперимента BES III. Таким образом, открытие глюонных шаров может стать важным шагом в понимании структуры материи и взаимодействий на субатомном уровне, открывая новые горизонты в физике частиц.