Vor mehr als einem halben Jahrhundert sagte die Quantenchromodynamik (QCD) — die Theorie der starken Kraft — die Existenz von Glueballs voraus: Teilchen, die nicht aus Quarks, sondern aus Gluonen bestehen, den Kraftüberträgern, die Quarks zusammenhalten. Eines zu finden wäre eine spektakuläre Bestätigung der Theorie. Nun meldet die BESIII-Kollaboration am chinesischen BEPCII-Beschleuniger nach 15 Jahren Arbeit den bislang stärksten Beleg.
Bei der Internationalen Konferenz für Hochenergiephysik in Brasilien berichtete die Kollaboration, dass der dominante Bestandteil des Teilchens X(2370) ein pseudoskalares Glueball mit den Spin-Paritäts-Quantenzahlen 0⁻⁺ ist. X(2370) wurde erstmals 2011 im Zerfall von J/ψ-Teilchen entdeckt — und die Analyse, die seine Identität festlegte, nutzte eine Stichprobe von 10 Milliarden J/ψ-Zerfällen.
Glueballs sind berüchtigt schwer zu identifizieren. Sie mischen sich erwartungsgemäß mit gewöhnlichen Mesonen aus Quarks mit denselben Quantenzahlen, daher müssen Experimentatoren zeigen, dass eine Glueball-Komponente ein Kandidatenteilchen dominiert und nicht nur zu ihm beiträgt. Laut Kollaboration zeigen die neuen Messungen genau das: Eine pseudoskalare Glueball-Komponente muss X(2370) dominieren.
'Die Suche nach Glueballs war seit Betriebsbeginn eine der Hauptmissionen des Beschleunigers', merkt das Team an. Das Ergebnis ist ein Meilenstein für ein Feld, das diese Teilchen seit den 1970er Jahren jagt, als Gitter-QCD-Berechnungen erstmals ihre Massen vorhersagten.
Auch wenn die Identifizierung von X(2370) das Kapitel Glueballs nicht abschließt — die Theorie sagt mehrere Varianten mit unterschiedlichen Quantenzahlen voraus —, ist es das erste Mal, dass ein glueball-dominiertes Teilchen mit dieser Sicherheit bestimmt wurde: eine Bestätigung der exotischsten Vorhersage der QCD.
