Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die Eckpfeilertheorie, die unser Verständnis der fundamentalen Kräfte und Teilchen, aus denen das Universum besteht, elegant zusammenfasst. Betrachten Sie es als eine Art Periodensystem der Teilchenphysik. Dieses Modell kategorisiert alle bekannten subatomaren Teilchen, darunter sechs Arten von Quarks, sechs Arten von Leptonen (wie das Elektron) und krafttragende Teilchen wie Photonen für den Elektromagnetismus, Gluonen für die starke Kraft und W- und Z-Bosonen für die schwache Kraft .
Protonen und Neutronen gehören nicht zum Standardmodell, da es sich um größere Teilchen handelt, die aus Quarks bestehen. Alle größeren Teilchen und alle Materie bestehen nur aus Quarks und Leptonen.
Unter den vielen vom Standardmodell vorhergesagten Teilchen sind einige Sonderlinge bisher einer Bestätigung entgangen. Dazu gehören „Glueballs“ oder Partikelbündel, die vollständig aus Gluonen bestehen, den Partikeln, die die starke Kraft übertragen. Mit anderen Worten: Ein Klebeball ist ein Teilchen, das vollständig aus Kraft besteht. Star Wars-Fans, freut euch!
Lassen Sie sich nicht von dem albernen Namen täuschen. Klebebälle sind äußerst interessant – und trotz ihrer schwer fassbaren Natur sind viele lohnende Teilchenphysiker davon überzeugt, dass sie wirklich existieren. Zuletzt könnte eine jahrzehntelange Arbeit an einem Teilchenbeschleuniger in Peking endlich den ersten Beweis für einen Klebeball gefunden haben, ein neues Teilchen namens X(2370), das aus einem bestimmten Mesonentyp, bekannt als J/ψ, zerfällt.
Ein Ball aus Kraft
Der Hauptunterschied zwischen Klebebällen und anderen Partikeln liegt in ihrer Zusammensetzung und den damit verbundenen Wechselwirkungen. In typischen Hadronen wie Protonen und Neutronen fungieren Gluonen als „Kleber“, der die starke Kraft zwischen Quarks vermittelt. Im Gegensatz dazu sind Glueballs reine Gluonzustände – im Wesentlichen Ansammlungen von Gluonen, die aneinander binden. Diese Selbstinteraktion ist ein einzigartiges Merkmal, das sich aus der Eigenschaft von Gluonen ergibt, im Gegensatz zu anderen Kraftträgern wie Photonen im Elektromagnetismus miteinander interagieren zu können.
Die Entdeckung und Untersuchung von Klebebällen stellt eine Herausforderung dar, da von ihnen erwartet wird, dass sie sich mit anderen Quark-haltigen Teilchen vermischen und in bekanntere Teilchen zerfallen, was sie für experimentelle Beobachtungen schwer zugänglich macht.
Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2008 hat das Beijing Spectrometer III – ein Teilchendetektorexperiment am Beijing Electron-Positron Collider – satte 10 Milliarden Ereignisse aufgezeichnet, bei denen J/ψ-Teilchen entstanden sind. Dies sind einige der instabilsten Teilchen überhaupt, die nur für einen kurzen Moment existieren, bevor sie in etwas anderes zerfallen, einschließlich des neu identifizierten X(2370)-Teilchens.
X(2370) weist faszinierende Eigenschaften auf, die denen entsprechen, die man von einem Klebeball erwartet. Es weist keine elektrische Ladung, eine ungerade Parität und eine Masse auf, die im vorhergesagten Bereich für den leichtesten Glueball-Zustand liegt. Die Ergebnisse stimmen auch bemerkenswert gut mit den Vorhersagen der Gitterquantenchromodynamik (QCD) überein, einer Berechnungsmethode, die erst vor Kurzem ausgereift genug ist, um solche exotischen Teilchen mit hoher Präzision vorherzusagen.
Nach Angaben der Forscher in China liegt die statistische Signifikanz der Ergebnisse bei über 5 Sigma. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Messwert um eine zufällige statistische Anomalie handelt, nur 0,00006 % beträgt.
Weitere Studien sind erforderlich
Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse gibt es weiterhin Gründe zur Vorsicht. Die Produktionsrate und die Verzweigungsverhältnisse des X(2370) stimmen nicht vollständig mit den anfänglichen Glueball-Erwartungen überein. Es sei möglich, dass dieses Teilchen einen anderen exotischen Zustand darstellen könnte, etwa einen Tetraquark, und nicht einen echten Klebeball, bemerkte der Physiker und Wissenschaftsjournalist Ethan Siegel in einem Groß denken Artikel.
„Dennoch haben wir mit der Produktion vieler Hunderttausender X(2370)-Teilchen als Ergebnis des Zerfalls von mehr als 10 Milliarden J/ψ-Teilchen nun mehr Eigenschaften dieses exotischen Teilchens als je zuvor zuverlässig gemessen.“ Es ist jetzt der überzeugendste und interessanteste Kandidat für einen Klebeball: eine Art zusammengesetzter Partikel, die existieren sollte, die aber noch nie zuvor gesehen wurde. Es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um die vollständige Natur des X(2370)-Teilchens zu bestimmen, aber dies ist der stärkste Beweis für die Existenz eines Klebeballs, der jemals auf die Welt gebracht wurde. Wenn es in der gesamten Natur keine Klebebälle gibt, dann stimmt mit dem Standardmodell etwas Neues nicht. Wenn es jedoch Klebebälle gibt, könnte X(2370) der erste sein, der der Menschheit offenbart wird“, schrieb Siegel.
Die neuen Erkenntnisse erschienen im Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Vielen Dank für Ihr Feedback!