Die BESIII-Kollaboration am Beijing Electron Positron Collider hat dem Teilchen X(2370) die entscheidende Eigenschaft eines Glueballs nachgewiesen. Es ist ein Flavour-Singlet, also gegenüber allen Quark-Sorten neutral. So verhält sich nur ein Teilchen, das ausschließlich aus Gluonen besteht.

Glueballs sind seit rund 50 Jahren vorhergesagt. Eindeutig beobachtet wurden sie nie. Sie wären die einzige bekannte Materieform, die nur aus Kraftteilchen aufgebaut ist. Ihr Nachweis würde die Quantenchromodynamik dort bestätigen, wo deren Rechnungen am schwierigsten sind.

Gluonen vermitteln die starke Kernkraft. Sie binden die Quarks in Protonen und Neutronen zusammen. Anders als das Photon der elektromagnetischen Kraft wirken Gluonen auch aufeinander. Die Theorie erlaubt ihnen deshalb, eigene gebundene Zustände zu bilden.

Eine geschlossene Indizienkette

Der Kandidat X(2370) tauchte 2011 in Zerfällen von J/ψ-Mesonen auf. Seine Masse liegt bei 2,3 Gigaelektronenvolt. Das passt zu den Gitterrechnungen für den leichtesten Glueball. 2024 bestimmte das Team die Spin-Parität zu 0−+, ebenfalls wie vorhergesagt.

Der Test auf Farbneutralität fehlte noch. In einem Glueball heben sich die Farbladungen der Gluonen gegenseitig auf. Diese Neutralität unterdrückt einen Zerfallsweg, den gewöhnliche Quark-Teilchen dieser Masse leicht nehmen.

Dafür wertete die Kollaboration rund zehn Milliarden J/ψ-Zerfälle aus. Den Zerfall in K*(892) und ein Anti-Kaon fand sie nicht. „Wir haben keine Hinweise auf diesen Zerfallsweg gefunden“, zitiert das Portal wissenschaft.de das BESIII-Team. Die Unterdrückung spreche dafür, dass X(2370) ein Flavour-Singlet sei.

Masse, Spin-Parität und Farbneutralität ergeben zusammen eine geschlossene Kette. „Andere Interpretationen können die Merkmalskombination von X(2370) nicht schlüssig erklären“, erklären die Physiker. Ein pseudoskalarer Glueball-Anteil müsse das Teilchen dominieren.

BESIII stellte das Ergebnis auf der International Conference on High Energy Physics in Brasilien vor. Wie phys.org berichtet, ist es das klarste Resultat aus fast 50 Jahren Suche. Der zugehörige Preprint steht auf dem Server arXiv.

Offen bleibt, wie rein dieser Glueball ist. Die Kollaboration spricht von einer dominierenden Komponente, nicht von einem Teilchen aus reinen Gluonen. Eine Beimischung von Quark-Zuständen bleibt möglich. Die unabhängige Begutachtung des Preprints steht noch aus.