Bola de pegamento

En física de partículas , una glueball (también gluonio , gluon-ball ) es una partícula compuesta hipotética . ^{[ 1 ]} Consiste únicamente en gluones , sin quarks de valencia . Este estado es posible porque los gluones portan carga de color y experimentan la interacción fuerte entre sí. Las glueballs son extremadamente difíciles de identificar en aceleradores de partículas , porque se mezclan con estados de mesones ordinarios . ^{[ 2 ] [ 3 ]} En la teoría de gauge pura , las glueballs son los únicos estados del espectro y algunas de ellas son estables . ^{[ 4 ]}

Los cálculos teóricos muestran que las glueballs deberían existir en rangos de energía accesibles con la tecnología actual de colisionadores . Sin embargo, debido a la dificultad mencionada (entre otras), hasta ahora no se han observado ni identificado con certeza, ^{[ 5 ]} aunque los cálculos fenomenológicos han sugerido que un candidato a glueball identificado experimentalmente, denominado f ₀ (1710), tiene propiedades consistentes con las esperadas para una glueball del Modelo Estándar . ^{[ 6 ]}

La predicción de que existen glueballs es una predicción esencial de la QCD como parte del Modelo Estándar de la física de partículas que aún no ha sido confirmada experimentalmente de manera inequívoca. ^{[ 7 ]}

En 2021, la colaboración TOTEM en el LHC , junto con la colaboración DØ en el antiguo colisionador Tevatron de Fermilab , anunció evidencia experimental del intercambio de odderon (una partícula gluónica compuesta con paridad C impar ). Este intercambio, asociado a una glueball vectorial de tres gluones sin quarks, se identificó en la comparación de la dispersión protón-protón y protón-antiprotón. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} En 2024, se determinó que la partícula X(2370) tenía masa y paridad de espín consistentes con las de una glueball. ^{[ 11 ]} Sin embargo, no se pudieron descartar otros candidatos a partículas exóticas, como un tetraquark . ^{[ 12 ]}

En principio, teóricamente es posible calcular con exactitud todas las propiedades de las glueballs y derivarlas directamente de las ecuaciones y constantes físicas fundamentales de la cromodinámica cuántica (QCD) sin necesidad de datos experimentales adicionales. Así, las propiedades predichas de estas partículas hipotéticas pueden describirse con gran detalle utilizando únicamente la física del Modelo Estándar, ampliamente aceptada en la literatura de física teórica. Sin embargo, existe una considerable incertidumbre en la medición de algunas de las constantes físicas clave relevantes, y los cálculos de QCD son tan complejos que las soluciones a estas ecuaciones son casi siempre aproximaciones numéricas (calculadas mediante diversos métodos). Esto puede dar lugar a variaciones en las predicciones teóricas de las propiedades de las glueballs, como la masa y las razones de ramificación en sus desintegraciones.

Las bolas de pegamento del Modelo Estándar son extremadamente efímeras (se desintegran casi inmediatamente en productos de desintegración más estables) y solo se generan en física de altas energías. Por lo tanto, en las condiciones naturales de la Tierra que los humanos pueden observar fácilmente, las bolas de pegamento surgen únicamente de forma sintética. Su relevancia científica radica principalmente en que constituyen una predicción comprobable del Modelo Estándar, y no en su impacto fenomenológico en procesos macroscópicos ni en sus aplicaciones de ingeniería .

La QCD reticular proporciona una forma de estudiar el espectro de glueballs teóricamente y a partir de primeros principios. Algunas de las primeras cantidades calculadas utilizando métodos de QCD reticular (en 1980) fueron estimaciones de la masa de glueball. ^{[ 18 ]} Morningstar y Peardon calcularon las masas de los glueballs más ligeros en QCD sin quarks dinámicos en 1999. ^{[ 19 ]} Los tres estados más bajos se tabulan a continuación. La presencia de quarks dinámicos alteraría ligeramente estos datos, pero también dificulta los cálculos. Desde entonces, los cálculos dentro de QCD (reglas reticulares y de suma) encuentran que el glueball más ligero es un escalar con una masa en el rango de aproximadamente1000–1700  MeV/ c2 . ^{[ 5 ]} Las predicciones de la red para glueballs escalares y pseudoescalares, incluidas sus excitaciones, fueron confirmadas por las ecuaciones de Dyson-Schwinger/Bethe-Salpeter en la teoría ^de Yang-Mills . ^{[ 20 ]}

Los experimentos con aceleradores de partículas a menudo pueden identificar partículas compuestas inestables y asignarles masas con una precisión aproximada de10  MeV/ c² , sin poder asignar inmediatamente a la resonancia de partícula observada todas las propiedades de dicha partícula. Se han detectado decenas de partículas de este tipo, aunque las detectadas en algunos experimentos pero no en otros pueden considerarse dudosas ^.

Muchos de estos candidatos han sido objeto de investigación activa durante al menos dieciocho años. ^{[ 15 ]} El experimento GlueX ha sido diseñado específicamente para producir evidencia experimental más definitiva de las bolas de pegamento. ^{[ 21 ]}

Algunas de las resonancias de partículas candidatas que podrían ser glueballs, aunque la evidencia no es definitiva, incluyen las siguientes.

• Mesón exótico
• GlueX
• Gluón
• Teoría de Yang-Mills