Una partícula detectada en un acelerador chino hace quince años podría estar compuesta principalmente por gluones, las partículas que mantienen unidos a los quarks en los protones y los neutrones. Las últimas mediciones del experimento BESIII refuerzan esta interpretación para X(2370), un objeto cuya naturaleza seguía siendo incierta.
Habitualmente, las partículas formadas por la interacción nuclear fuerte contienen quarks. Los gluones aseguran su unión, como una especie de pegamento a una escala infinitamente menor que la del átomo. Sin embargo, la teoría prevé que los gluones también puedan unirse entre sí sin quarks de valencia. Este ensamblaje se denomina «glueball», literalmente, una bola de gluones.
Un núcleo atómico clásico está constituido por quarks (aquí, las pequeñas esferas de colores), mantenidos unidos en grupos de tres mediante gluones (los enlaces blancos). Cada grupo de tres quarks unidos de esta manera forma un protón o un neutrón.
Fuente: FIJ PAN
El principio se predice desde hace décadas, pero reconocer una glueball en los experimentos es difícil. Las partículas producidas en los aceleradores desaparecen casi inmediatamente y se identifican gracias a las partículas en las que se transforman. Además, varios candidatos pueden compartir características similares.
BESIII la estudia mediante las desintegraciones del mesón J/ψ, una partícula producida en grandes cantidades en el colisionador electrón-positrón de Pekín. El experimento dispone ahora de unos 10 000 millones de eventos J/ψ. Esta cantidad permite examinar transformaciones muy poco frecuentes y comparar con precisión las distintas formas en que X(2370) puede desintegrarse.
Una pieza reciente del rompecabezas procede precisamente de una transformación que los físicos esperaban poder detectar según ciertas interpretaciones de X(2370). Buscaron una desintegración que pasara por una partícula llamada K*(892), pero no encontraron ninguna prueba de ella. Esta ausencia aporta información sobre la composición de X(2370).
En concreto, los datos indican que X(2370) se comporta como un estado que no favorece a ninguna de las tres familias ligeras de quarks. Esta propiedad coincide con varios indicios medidos anteriormente: su masa, sus características cuánticas, su producción en las desintegraciones del mesón J/ψ y las formas en que se transforma corresponden a lo esperado para la glueball más ligera de esta categoría.
Los autores hablan de una glueball como componente dominante, en lugar de una partícula necesariamente compuesta por gluones puros. Esta distinción es importante, porque los estados producidos por la interacción fuerte pueden mezclarse. Por tanto, las mediciones deben distinguir una fuerte componente gluónica de otras estructuras posibles que aún contengan quarks.
Las próximas mediciones podrán poner a prueba esta interpretación en otras vías de desintegración y precisar la proporción que realmente puede atribuirse a los gluones. BESIII dispone para ello de su inmensa muestra de J/ψ, que permite buscar transformaciones aún más poco frecuentes de X(2370) y confrontar cada una de ellas con las predicciones.