Физики охотятся за глюболом — гипотетической частицей, состоящей почти полностью из глюонов — уже полвека. И, похоже, они наконец нашли её. Новый анализ данных с коллайдера в Пекине показал, что частица X(2370), обнаруженная ещё в 2011 году, ведёт себя именно так, как должен вести себя глюбол. Это не просто очередная гипотеза: речь идёт о проверке одного из ключевых предсказаний квантовой хромодинамики — теории, описывающей сильное ядерное взаимодействие.

Полвека в поисках частицы-призрака

Чтобы понять, почему физики так долго ищут глюбол, стоит вспомнить, как устроена материя. Ещё в начале XIX века Джон Дальтон заложил основы современной атомной теории. К концу того же века Дж. Дж. Томсон открыл электрон. А к концу 1960-х физики на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) обнаружили кварки — субатомные частицы, из которых состоят протоны и нейтроны. Кварки — это фундаментальные строительные блоки всей материи, насколько мы знаем. Но из этой субатомной «каши» может возникать множество других частиц, и одна из них — глюбол — оставалась неуловимой.

Глюоны — это частицы-переносчики сильного ядерного взаимодействия, одной из четырёх фундаментальных сил природы наряду со слабым ядерным взаимодействием, электромагнетизмом и гравитацией. Как следует из названия, глюоны действуют как «клей», связывающий протоны и нейтроны в атомном ядре. В отличие от других частиц-переносчиков — фотонов, W- и Z-бозонов и, возможно, гравитонов, — глюоны несут заряд. Это означает, что они могут взаимодействовать друг с другом. Согласно квантовой хромодинамике (КХД), такие связанные глюоны образуют частицы, которые учёные и называют глюболами.

Кандидат по имени X(2370)

В 2011 году команда коллаборации BESIII на Пекинском коллайдере (Beijing Electron Positron Collider) зарегистрировала частицу, которая могла быть глюболом. Ей дали обозначение X(2370). Она соответствовала некоторым свойствам, предсказанным КХД, но результаты были неопределёнными. Прорыв произошёл в 2024 году, когда исследователи установили, что масса и квантовые характеристики частицы тоже совпадают с предсказаниями. Ключом к успеху стало то, что коллайдер производит специфический мезон — J/ψ, продукты распада которого богаты глюонами. Разумеется, все эти процессы происходят почти одновременно, и разобраться в результатах помогает сложная математика.

«Радиационный распад мезона J/ψ — это процесс, богатый глюонами, и поэтому он считается идеальным местом для поиска и изучения глюболов», — писали исследователи в работе 2024 года, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Новые доказательства: флейвор-синглет

Спустя два года, в препринте на arXiv и в докладе на Международной конференции по физике высоких энергий в Бразилии, коллаборация BESIII представила ещё более весомые доказательства. Проанализировав 10 миллиардов событий распада J/ψ, учёные обнаружили, что X(2370) является «флейвор-синглетом». Это означает, что частица не отдаёт предпочтения ни одному из шести «ароматов» кварков — верхнему, нижнему, странному, очарованному, прелестному или истинному. Глюоны, как считается, взаимодействуют одинаково со всеми ароматами кварков, и исследователи называют это свойство «самой важной характеристикой глюбола».

Независимая проверка результатов может занять годы, ведь коллайдер в Пекине — единственный в мире, специализирующийся на поиске глюболов. Но пока похоже, что ещё одно предсказание КХД подтвердилось. Это открытие не только приближает нас к пониманию того, как устроена материя, но и напоминает, что даже в физике элементарных частиц есть место для долгих и кропотливых поисков. Кстати, похожая история произошла с водой в лунном грунте, которую нашли спустя 40 лет — в лунном грунте скрывалась вода, и с белком в кости динозавра, пережившим 66 миллионов лет — в кости динозавра нашли белок. Иногда самые важные открытия требуют времени и терпения.