50 Jahre Suche: Forscher kommen mysteriösen Teilchen auf die Spur

Physiker haben nach fast 50 Jahren der Suche einen bislang besonders starken Hinweis auf die Existenz eines sogenannten Glueballs gefunden. Hinweise auf das Teilchen stammen aus dem chinesischen Beijing Electron Positron Collider II (BEPCII).

Bälle aus Teilchen-Klebstoff

Glueballs sind eine Besonderheit der Quantenchromodynamik (QCD), der Theorie, die die starke Wechselwirkung beschreibt. Während Gluonen normalerweise die Elementarteilchen Quarks innerhalb von Protonen und Neutronen zusammenhalten, können sie der Theorie zufolge auch untereinander wechselwirken und eigenständige Teilchen bilden. Ein Glueball wäre damit eine Materieform, die im Wesentlichen ausschließlich aus den Vermittlern einer fundamentalen Kraft besteht.

Das internationale Forschungsteam untersuchte dafür Daten des BES-III-Experiments am Institut für Hochenergiephysik in Peking. Der dort eingesetzte Beschleuniger lässt Elektronen und ihre Antiteilchen, Positronen, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit kollidieren. Bei den Zusammenstößen entstehen kurzlebige Teilchen, darunter J/Psi-Mesonen, deren Zerfall sich besonders gut für die Suche nach Glueballs eignet.


Ein Teilchen mit der Bezeichnung X(2370) wurde bereits 2011 entdeckt. In einer dann 2024 veröffentlichten Untersuchung werteten die Forscher rund zehn Milliarden Zerfallsereignisse aus und bestimmten erstmals Masse sowie Spin und Parität des Teilchens. Die gemessenen Werte stimmten mit den theoretischen Vorhersagen für einen Glueball überein.

Nun untersuchten die Wissenschaftler zusätzliche Zerfallskanäle und stellten fest, dass X(2370) ein sogenanntes Flavor-Singlet ist. Das bedeutet vereinfacht, dass das Teilchen keine erkennbare Vorliebe für eine der sechs Quark-Varianten zeigt. Diese Eigenschaft gilt als besonders wichtig für die Identifizierung eines Glueballs.

Weitere Experimente geplant

Nach Einschätzung der Forscher lassen sich alternative Erklärungen für die beobachteten Eigenschaften von X(2370) weitgehend ausschließen. Eine endgültige Bestätigung steht allerdings noch aus. Weitere Experimente sollen die Eigenschaften des Teilchens genauer bestimmen und klären, wie groß sein Glueball-Anteil tatsächlich ist.

Die Wissenschaftler sprechen bereits vom bislang überzeugendsten experimentellen Ergebnis in der fast fünf Jahrzehnte langen Suche nach Glueballs. Sollte sich die Interpretation bestätigen, würde dies eine zentrale Vorhersage der Quantenchromodynamik stützen und zugleich eine bislang unbekannte Form von Materie experimentell greifbar machen.


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