ჩინეთში ფიზიკოსთა გუნდი აცხადებს, რომ თითქმის ოცწლიანი ძიების შემდეგ იდუმალი ნაწილაკის, გლუბოლის (glueball), არსებობის დამადასტურებელ ძლიერ მტკიცებულებას მიაკვლია.

ნაწილაკების ფიზიკის საერთაშორისო ექსპერიმენტის, პეკინის სპექტრომეტრი III-ის (BESIII) კოლაბორაციის მკვლევრებმა თავიანთი შედეგები გასულ კვირას ბრაზილიაში, ქალაქ ნატალში გამართულ მაღალი ენერგიების ფიზიკის საერთაშორისო კონფერენციაზე წარადგინეს. ისინი აცხადებენ, რომ X(2370)-ის სახელით ცნობილი ნაწილაკი, რომელიც 2011 წელს აღმოაჩინეს, ძირითადად გლუბოლებისგან შედგება. ეს გლუონების, ანუ იმ ელემენტარული ნაწილაკების, გროვებია, რომლებიც კვარკებს პროტონებისა და ნეიტრონების შესაქმნელად აკავშირებს და მათ ატომის ბირთვში აკავებს.

გლუბოლები გლუონებისგან შედგება, რომლებიც კვარკებს აკავშირებს და პროტონებსა და ნეიტრონებს ქმნის

ფოტო: Sefa Kart/Getty

ატომის ბირთვში პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, კვარკებისგან შედგება. კვარკებს ერთმანეთთან ბირთვული ძალა აკავშირებს, ამ ძალას კი გლუონები ატარებს, ისევე, როგორც ელექტრომაგნიტურ ძალას ფოტონები ატარებს. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ ფოტონები ერთმანეთთან არ ურთიერთქმედებს, გლუონები კი ერთმანეთს იზიდავს და უკავშირდება კიდეც. სწორედ ამ თვისების გამო ივარაუდეს მეცნიერებმა, რომ გლუონებს ერთმანეთთან, დამოუკიდებლად, კვარკების გარეშეც, ცალკე ნაწილაკის შექმნა შეუძლია. ეს არის მთლიანად ძალისგან შემდგარი ბურთი, რომელსაც გლუბოლი ჰქვია. ეს ვარაუდი მეცნიერებმა ჯერ კიდევ ხუთი ათეული წლის წინ გამოთქვეს, თუმცა მისი დასტური დღემდე ვერ მოიძებნა. გლუბოლის აღმოჩენა ფიზიკაში ერთ-ერთი ურთულესი ამოცანა აღმოჩნდა.

"ერთი უტყუარი მტკიცებულება, რომ ეს ნაწილაკი გლუბოლებისგან შედგება, არ არსებობს", — ამბობს ბრიუს იაბსლი, ავსტრალიის სიდნეის უნივერსიტეტის ნაწილაკების ფიზიკოსი, რომელმაც BESIII-ის შედეგები განიხილა. თუმცა, თუ იმ ჯამურ მტკიცებულებებს გადავხედავთ, რომლებიც ათწლეულების განმავლობაში შეგროვდა, ამჟამინდელი მიგნებები "საკმაოდ დამაჯერებელია", ამატებს ის.

"ეს საკმაოდ დამაჯერებელი მტკიცებულებაა", — ამბობს ულრიკ ეგედე, მელბურნში მდებარე მონაშის უნივერსიტეტის ექსპერიმენტული ნაწილაკების ფიზიკოსი, რომელიც კონფერენციაზე პრეზენტაციას დაესწრო.

მკვლევრების თქმით, გლუბოლების აღმოჩენა პირდაპირ დაადასტურებს, რომ გლუონებს ერთმანეთთან ურთიერთქმედება შეუძლია. ეს კვანტური ქრომოდინამიკის, კვარკებისა და გლუონების აღმწერი თეორიის, მთავარი პროგნოზია.

გლუბოლებზე დაკვირვებას ასევე შეუძლია თავად მასის წარმოშობის შესახებ ფიზიკოსების წარმოდგენა გააუმჯობესოს, ამბობს იაბსლი. მართალია, პროტონები კვარკებისგან შედგება, მაგრამ ამ კვარკების მასების ჯამი პროტონის მთლიან მასას არ უტოლდება. გლუონებს მასა არ აქვს, თუმცა მათ შორის ძლიერმა ურთიერთქმედებამ მასა უნდა შექმნას, ამბობს ის.

გლუბოლებზე ნადირობა

ნაწილაკების დეტექტორი BESIII (Beijing Spectrometer III), რომელიც კოლაიდერზე BEPCII მუშაობს

ფოტო: IHEP Beijing

BESIII ნაწილაკების დეტექტორია, რომელიც ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტის კოლაიდერზე, Beijing Electron–Positron Collider II-ზე, მუშაობს და გლუბოლებზე დასაკვირვებლად უნიკალურ პოზიციაშია. ექსპერიმენტი 2008 წელს დაიწყო და ელექტრონებსა და პოზიტრონებს შორის შეჯახებების შესასწავლად შეიქმნა. ამ შეჯახებებს შეუძლია ხანმოკლე ნაწილაკები შექმნას, რომლებიც, ვარაუდის თანახმად, გლუბოლებად დაიშლება.

ნაწილაკების ფიზიკოსი IHEP-ში, იანპინგ ჰუანგი, ამბობს, რომ მან X(2370) ჯერ კიდევ დოქტორანტობისას ამოიცნო.

"იმ დროს ეს ჩვენთვის ძალიან ამაღელვებელი იყო", — ამბობს ჰუანგი. გაჩნდა ეჭვი, რომ X(2370) გლუბოლებს შეიცავდა, რადგან ის იყო პირველი ნაწილაკი, რომლის მასაც კვანტური ქრომოდინამიკის მიერ ნავარაუდევ გლუბოლის სპეციფიკურ ტიპთან თანხვედრაშია, ამატებს ის.

ასევე აღსანიშნავია, რომ X(2370) მაშინ დაფიქსირდა, როდესაც უფრო მძიმე ნაწილაკი, ცნობილი როგორც J/ψ მეზონი, დაიშალა. თეორიული ვარაუდის თანახმად, J/ψ ნაწილაკის დაშლა გლუბოლების საძებნად საუკეთესო ადგილია, ამბობს შან ჯინი, ჩინეთის ნანკინის უნივერსიტეტის ნაწილაკების ფიზიკოსი, რომელმაც შედეგები კონფერენციაზე წარადგინა. BESIII-ს დიდი რაოდენობით J/ψ ნაწილაკების წარმოქმნა შეუძლია, რაც მკვლევრებს მათი დაშლის პროცესის შესწავლის საშუალებას აძლევს.

მიუხედავად ამისა, ეს მტკიცებულება არ იყო საკმარისი იმის გამოსარიცხად, რომ X(2370) სხვა ტიპის ნაწილაკებისგან შედგება, ამბობს იაბსლი.

13 წლის განმავლობაში ჰუანგი და BESIII-ის კოლაბორაციის სხვა მეცნიერები თითქმის 10 მილიარდი J/ψ დაშლის მონაცემებს იკვლევდნენ. საბოლოოდ, 2024 წელს მათ ნაწილაკის სპინური ლუწობა (spin parity) დაადგინეს, ანუ კვანტური რიცხვი, რომელიც ნაწილაკის ქცევას აღწერს. ამ შედეგმა აჩვენა, რომ X(2370) არის "ფსევდოსკალარული" (pseudoscalar) ნაწილაკი, სპინური ლუწობით 0−+, რაც ყველაზე მსუბუქი გლუბოლის თეორიულ პროგნოზებს ემთხვევა. მაგრამ არც ეს იყო საკმარისი.

"მსგავსი თვისებები ბევრ ნაწილაკს შეიძლება ჰქონდეს", — ამბობს ჯინი.

გასული ორი წლის განმავლობაში BESIII-ის კოლაბორაციამ X(2370)-ის დაშლის დამატებითი გაზომვები ჩაატარა, რომელთა შესახებაც ბრაზილიის კონფერენციამდე, ივლისში გამოქვეყნებულ პრეპრინტში დაიწერა. მკვლევართა გუნდი აღწერს, რომ X(2370) იქცევა, როგორც არომატის სინგლეტი (flavour singlet). ეს სუფთა გლუბოლის მთავარი დამახასიათებელი ნიშანია და ნიშნავს, რომ მას არ აქვს კვარკების არცერთი "არომატი", როგორიცაა "ზედა", "ქვედა" ან "უცნაური".

თავად X(2370) არ არის სუფთა გლუბოლი, არამედ გლუბოლისა და კვარკების ნაზავია, ამბობს ჯინი. ექსპერიმენტული დაკვირვებები ადასტურებს, რომ ის ძირითადად გლუბოლებისგან შედგება, ამატებს ის.

კვანტური მექანიკა მიუთითებს, რომ ნაწილაკი შეიძლება ერთდროულად ორი რამ იყოს, ამბობს ეგედე. "ასე რომ, ეს ახალი ნაწილაკი შეიძლება იყოს 80% გლუბოლი და 20% კვარკ-ანტიკვარკი. ეს სავსებით შესაძლებელია".

მკვლევრებმა X(2370)-ის თვისებები სხვადასხვა თეორიულ მოდელსა და ნაწილაკს შეადარეს და დაასკვნეს, რომ ეს ალტერნატივები მათ მიერ დაფიქსირებულ ყველა მონაცემს ვერ ხსნის. ჯინის თქმით, ახლა მთავარი ფოკუსი X(2370)-ის თვისებების უფრო დეტალურად გაზომვაა.

იაბსლი ვარაუდობს, რომ ეს გლუბოლების შემეცნების გზის დასაწყისია. მისივე თქმით, მათი არსებობის დასადასტურებლად კიდევ რამდენიმე სხვა კანდიდატს იკვლევენ.

თუ სტატიაში განხილული თემა და ზოგადად: მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფერო შენთვის საინტერესოა, გამოიწერე ჩვენი YouTube არხი და უყურე თემატურ ვიდეოებს.