Vizualizare sursă pentru „Glueball”

{{Format:Modelul standard al fizicii particulelor elementare}}
În [[fizica particulelor elementare]], un '''glueball''' (sau '''gluonium''', '''gluon-ball''') este o [[Particulă subatomică|particulă]] compozită ipotetică.<ref>{{Citat revistă|nume=Close|nume2=Page|prenume=Frank|prenume2=Phillip R.|dată=November 1998|titlu=Glueballs|journal=Scientific American|volum=279|număr=5|pagini=80–85|jstor=26058158|bibcode=1998SciAm.279e..80C|doi=10.1038/scientificamerican1198-80}}</ref> Este formată exclusiv din [[Gluon|gluoni]], fără [[Quark|quarcuri]] de valență. O astfel de stare este posibilă deoarece gluonii poartă [[sarcină de culoare]] și experimentează [[Interacțiune tare|interacțiunea tare]] între ei. Glueball-urile sunt extrem de dificile de identificat în [[Accelerator de particule|acceleratoarele de particule]], deoarece [[suprapunere cuantică|se amestecă]] cu stările [[Mezon|mezonice]] obișnuite.<ref>
{{Citat revistă|nume=Mathieu|nume2=Kochelev|nume3=Vento|prenume=Vincent|prenume2=Nikolai|prenume3=Vicente|dată=2009|titlu=The Physics of Glueballs|journal={{Ill-wd|Q1666666|3=International Journal of Modern Physics E}}|volum=18|număr=1|pagini=1–49|bibcode=2009IJMPE..18....1M|doi=10.1142/S0218301309012124}}</ref><ref>[http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme3.py?level=2&index1=220258 Glueball on arxiv.org]</ref> În teoria gauge pură, glueball-urile sunt singurele stări ale spectrului și unele dintre ele sunt stabile.<ref>{{Citat carte|nume=Shuryak|prenume=E.|dată=2021|titlu=Nonperturbative Topological Phenomena in QCD and Related Theories|url=|doi=|locul-publicării=|editură=Springer|capitol=Chapter 9|pagină=233|isbn=978-3030629892}}</ref>

Calculele teoretice arată că glueball-urile ar trebui să existe în intervale de energie accesibile cu tehnologia actuală a [[Collider|colliderelor]]. Cu toate acestea, din cauza dificultății menționate anterior (printre altele), acestea nu au fost încă observate și identificate cu certitudine,<ref name="ochs">{{Citat revistă|nume=Ochs|prenume=Wolfgang|dată=2013|titlu=The status of glueballs|journal={{Ill-wd|Q2459731|3=Journal of Physics G}}|volum=40|număr=4|pagini=043001|bibcode=2013JPhG...40d3001O|doi=10.1088/0954-3899/40/4/043001}}</ref> deși calculele fenomenologice au sugerat că un candidat experimental pentru glueball, notat <math>f_{0}(1710)</math>, are proprietăți consistente cu cele așteptate pentru un glueball conform [[modelul standard|modelului standard]].<ref>{{Citat revistă|nume=Brünner|nume2=Rebhan|prenume=Frederic|prenume2=Anton|dată=2015-09-21|titlu=Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten–Sakai–Sugimoto Model|journal=Physical Review Letters|volum=115|număr=13|pagină=131601|pmid=26451541|bibcode=2015PhRvL.115m1601B|doi=10.1103/PhysRevLett.115.131601}}</ref>

Predicția existenței glueball-urilor este una dintre cele mai importante predicții ale modelului standard al fizicii particulelor elementare care nu a fost încă confirmată experimental.<ref name="arxiv.org">{{Citat revistă|nume=Hsiao|nume2=Geng|prenume=Y.K.|prenume2=C.Q.|an=2013|titlu=Identifying glueball at 3.02&nbsp;GeV in baryonic B decays|journal=Physics Letters B|volum=727|număr=1–3|pagini=168–171|bibcode=2013PhLB..727..168H|doi=10.1016/j.physletb.2013.10.008}}</ref>{{Failed verification|date=May 2024}}<sup>[</sup><sup class="noprint Inline-Template" style="white-space:nowrap;">''[[wikipedia:Verificabilitate|<span title="The material near this tag failed verification of its source citation(s). (May 2024)">verificare eșuată</span>]]''&#x5D;</sup> Glueball-urile sunt singurele particule prezise de modelul standard cu moment unghiular total (''J'') (uneori numit „spin intrinsec”) care ar putea fi fie 2, fie 3 în stările lor fundamentale.

Dovezi experimentale au fost anunțate în 2021 de către colaborarea TOTEM de la [[Large Hadron Collider|LHC]], în asociere cu colaborarea DØ de la fostul accelerator Tevatron de la Fermilab, privind schimbul de {{Ill-wd|Q4331355|3=odderoni}} (o particulă gluonică compozită cu [[paritate C]] impară). Acest schimb, asociat cu un glueball vectorial fără quarcuri format din trei gluoni, a fost identificat în comparația împrăștierii proton–proton și proton–antiproton.<ref>{{Citat revistă|nume=((D0 collaboration))|nume2=TOTEM Collaboration|nume3=Abazov|nume4=Abbott|nume5=Acharya|nume6=Adams|nume7=Adams|nume8=Agnew|nume9=Alexeev|prenume3=V. M.|prenume4=B.|prenume5=B. S.|prenume6=M.|prenume7=T.|prenume8=J. P.|prenume9=G. D.|dată=2021-08-04|titlu=Odderon Exchange from Elastic Scattering Differences between ''pp'' and ''p{{overline|p}}'' Data at 1.96&nbsp;TeV and from ''pp'' Forward Scattering Measurements|journal=Physical Review Letters|volum=127|număr=6|pagini=062003|pmid=34420329|doi=10.1103/PhysRevLett.127.062003}}</ref><ref>{{Citat revistă|nume=Chalmers|prenume=Matthew|dată=9 March 2021|titlu=Odderon discovered|url=https://cerncourier.com/a/odderon-discovered/|journal=CERN Courier|access-date=13 April 2021}}</ref><ref>{{Citat revistă|nume=Csörgő|nume2=Novák|nume3=Ster|nume4=Szanyi|prenume=T.|prenume2=T.|prenume3=A.|prenume4=I.|dată=23 February 2021|titlu=Evidence of Odderon-exchange from scaling properties of elastic scattering at TeV energies|journal=The European Physical Journal C|volum=81|număr=180|pagină=180|publisher=Springer Nature Switzerland AG.|issn=1434-6052|bibcode=2021EPJC...81..180C|doi=10.1140/epjc/s10052-021-08867-6}}</ref> În 2024, s-a determinat că particula X(2370) are masă și paritate de spin consistente cu cele ale unui glueball.<ref>{{Citat revistă|nume=Ablikim|prenume=M.|dată=May 2024|titlu=Determination of Spin-Parity Quantum Numbers of X(2370) as 0<sup>−+</sup> from J/ψ → γK{{su|p=0|b=S}}K{{su|p=0|n=S}}η′|journal=Physical Review Letters|volum=132|număr=18|pagină=181901|doi=10.1103/PhysRevLett.132.181901}}</ref> Cu toate acestea, alți candidați pentru particule exotice, cum ar fi tetraquarcul, nu au putut fi excluși.<ref>{{Citat web|url=https://bigthink.com/starts-with-a-bang/new-particle-first-glueball/|titlu=New particle at last! Physicists detect the first "glueball"|date=2024-05-07|accessdate=2024-05-08|lucrare=Big Think|limbă=en-US}}</ref>

== Proprietăți ==
În principiu, este teoretic posibil ca toate proprietățile glueball-urilor să fie calculate exact și derivate direct din ecuațiile și constantele fizice fundamentale ale [[Cromodinamică cuantică|cromodinamicii cuantice]] (QCD), fără a fi nevoie de input experimental suplimentar. Astfel, proprietățile prezise ale acestor particule ipotetice pot fi descrise în detaliu extrem de fin folosind doar fizica modelului standard, care are o acceptare largă în literatura de fizică teoretică. Cu toate acestea, există o incertitudine considerabilă în măsurarea unor constante fizice cheie relevante, iar calculele QCD sunt atât de dificile încât soluțiile la aceste ecuații sunt aproape întotdeauna aproximări numerice (calculate folosind mai multe metode foarte diferite). Acest lucru poate duce la variații în predicțiile teoretice ale proprietăților glueball-urilor, cum ar fi masa și ramurile de dezintegrare ale acestora.

=== Particulele constitutive și sarcina de culoare ===
Studii teoretice ale glueball-urilor s-au concentrat pe glueball-uri compuse din doi sau trei gluoni, prin analogie cu [[Mezon|mezonii]] și [[Barion|barionii]], care au respectiv două și trei [[Quark|quarcuri]]. Ca în cazul mezonilor și barionilor, glueball-urile ar fi neutre din punct de vedere al sarcinii de culoare [[Cromodinamică cuantică|QCD]]. [[Număr barionic|Numărul barionic]] al unui glueball este zero.

=== Momentul unghiular total ===
Glueball-urile cu doi gluoni pot avea [[Momentul unghiular total|moment unghiular total]] {{Nowrap|{{mvar|J}} {{=}} 0}} (care sunt fie [[bosonul scalar|scalari]], fie {{Ill-wd|Q1748985|3=pseudoscalari}}) sau {{Nowrap|{{mvar|J}} {{=}} 2}} ([[Tensorul de rotire|tensoriali]]). Glueball-urile cu trei gluoni pot avea moment unghiular total {{Nowrap|{{mvar|J}} {{=}} 1}} ([[boson vectorial]]) sau 3 ([[boson]] [[Câmp tensorial|tensorial de ordinul trei]]). Toate glueball-urile au un moment unghiular total întreg, ceea ce implică faptul că sunt [[Boson|bosoni]] mai degrabă decât [[Fermion|fermioni]].

Glueball-urile sunt singurele particule prezise de [[modelul standard]] cu moment unghiular total ({{Mvar|J}}) (uneori numit [[Spin (fizică)|„spin intrinsec”]]) care ar putea fi fie 2, fie 3 în stările lor fundamentale, deși mezonii formați din două quarcuri cu {{Nowrap|{{mvar|J}} {{=}} 0}} și {{Nowrap|{{mvar|J}} {{=}} 1}} cu mase similare au fost observați, iar stările excitate ale altor mezoni pot avea aceste valori ale momentului unghiular total.

=== Sarcină electrică ===
Toate glueball-urile ar avea o [[sarcină electrică]] nulă, deoarece gluonii înșiși nu au sarcină electrică.

=== Masă și paritate ===
Glueball-urile sunt prezise de cromodinamica cuantică a fi masive, în ciuda faptului că gluonii înșiși au masă de repaus zero în modelul standard. S-au luat în considerare glueball-uri cu toate cele patru combinații posibile de numere cuantice {{Math|P}} ([[paritate|paritate spațială]]) și {{Math|C}} ([[paritate C|paritate de sarcină]]) pentru fiecare moment unghiular total posibil, producând cel puțin cincisprezece stări posibile de glueball, inclusiv stări excitate de glueball care împărtășesc aceleași numere cuantice, dar au mase diferite. Cele mai ușoare stări au mase de până la {{Val|1.4|u=GeV/c2}} (pentru un glueball cu numere cuantice {{Mvar|J}} = 0, {{Math|P}} = +1, {{Math|C}} = +1 sau echivalent {{Mvar|J}}{{Sup|{{math| PC}}}} = 0 {{Sup|++}}), iar cele mai grele stări au mase de până la aproape 5 GeV/''c''² (pentru un glueball cu numere cuantice {{Mvar|J}} = 0, {{Math|P}} = +1, {{Math|C}} = −1 sau {{Mvar|J}}{{Sup|{{math| PC}}}} = 0{{Sup|+−}}).<ref name="ochs"/>

Aceste mase sunt de același ordin de mărime cu masele multor [[listă de mezoni|mezoni]] și [[Lista barionilor|barioni]] observați experimental, precum și cu masele {{Ill-wd|Q188392|3=leptonului tau}}, {{Ill-wd|Q6754|3=quarcului farmec}}, [[Cuarc de jos|quarcului bază]], unor izotopi de [[hidrogen]] și unor izotopi de [[heliu]].

=== Stabilitate și canale de dezintegrare ===
LLa fel ca toți mezonii și barionii din modelul standard, cu excepția protonului, care sunt instabili în izolare, toate glueball-urile sunt prezise de modelul standard a fi instabile în izolare, cu diverse calcule [[Cromodinamică cuantică|QCD]] care prezic lățimea totală de dezintegrare (care este funcțional legată de timpul de înjumătățire) pentru diferite stări de glueball. Calculele QCD fac, de asemenea, predicții privind tiparele de dezintegrare așteptate ale glueball-urilor.<ref name="slac.stanford.edu">{{Citat web|url=http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/ssi96-006.pdf|nume=Taki|titlu=Search for Glueballs|publisher=[[Stanford University]]|first1=Walter|year=1996}}</ref><ref>{{Cite arXiv|last1=Eshraim|title=Branching ratios of the pseudoscalar glueball with a mass of 2.6&nbsp;GeV|arxiv=1301.3345}}</ref> De exemplu, glueball-urile nu ar avea dezintegrări radiative sau cu doi fotoni, ci ar avea dezintegrări în perechi de [[Pion|pioni]], perechi de {{Ill-wd|Q843503|3=kaoni}} sau perechi de {{Ill-wd|Q309940|3=mezoni eta}}.<ref name="slac.stanford.edu" />

== Impact practic asupra fizicii energiilor joase macroscopice ==
[[Fișier:Feynmann_Diagram_Glueball-to-Pion.svg|dreapta|miniatura| [[Diagrama Feynman]] al unui glueball (''G'') dezintegrându-se în doi pioni (''{{SubatomicParticle|pion}}''). Astfel de dezintegrări ajută la studiul și căutarea glueball-urilor.<ref>{{Citat revistă|nume=Cohen|nume2=Llanes-Estrada|nume3=Pelaez|nume4=Ruiz De Elvira|prenume=Thomas|prenume2=Felipe J.|prenume3=J. R.|prenume4=J.|an=2014|titlu=Non-ordinary light meson couplings and the 1/N<sub>c</sub> expansion|journal=Physical Review D|volum=90|număr=3|pagini=036003|bibcode=2014PhRvD..90c6003C|doi=10.1103/PhysRevD.90.036003}}</ref>]]
Deoarece glueball-urile din modelul standard sunt atât de efemere (dezintegrându-se aproape imediat în produse de dezintegrare mai stabile) și sunt generate doar în fizica energiilor înalte, glueball-urile apar doar sintetic în condițiile naturale găsite pe Pământ, pe care oamenii le pot observa cu ușurință. Ele sunt notabile științific în principal pentru că sunt o predicție testabilă a modelului standard și nu din cauza impactului fenomenologic asupra proceselor macroscopice sau a aplicațiilor lor [[Inginerie|inginerești]].

== Simulări QCD pe rețea ==
{{Ill-wd|Q6166044|3=QCD pe rețea}} oferă o modalitate de a studia spectrul glueball-urilor teoretic și din primele principii. Unele dintre primele mărimi calculate folosind metode [[Cromodinamică cuantică|QCD]] pe rețea (în 1980) au fost estimările masei glueball-urilor.<ref>{{Citat revistă|nume=Berg|prenume=B.|dată=1980|titlu=Plaquette-plaquette correlations in the SU(2) lattice gauge theory|journal=Physics Letters B|volum=97|număr=3–4|pagini=401–404|bibcode=1980PhLB...97..401B|doi=10.1016/0370-2693(80)90628-0}}</ref> Morningstar și Peardon<ref>{{Citat revistă|nume=Morningstar|nume2=Peardon|prenume=Colin J.|prenume2=Mike|dată=1999|titlu=Glueball spectrum from an anisotropic lattice study|journal=[[Physical Review|Physical Review D]]|volum=60|număr=3|pagină=034509|bibcode=1999PhRvD..60c4509M|doi=10.1103/PhysRevD.60.034509}}</ref> au calculat în 1999 masele celor mai ușoare glueball-uri în QCD fără quarcuri dinamice. Cele trei stări cele mai joase sunt prezentate în tabelul de mai jos. Prezența quarcurilor dinamice ar modifica ușor aceste date, dar, de asemenea, face calculele mai dificile. De atunci, calculele în cadrul QCD (pe rețea și reguli de sumă) găsesc cel mai ușor glueball-urile ca fiind scalare, cu masă în intervalul de aproximativ {{Val|1000|-|1700|u=MeV/c2}}.<ref name="ochs"/> Predicțiile pe rețea pentru glueball-urile scalare și pseudoscalare, inclusiv excitațiile lor, au fost confirmate de ecuațiile Dyson–Schwinger/Bethe–Salpeter în [[teoria Yang–Mills]].<ref>{{Citat revistă|nume=Huber|nume2=Fischer|nume3=Sanchis-Alepuz|prenume=Markus Q.|prenume2=Christian S.|prenume3=Hèlios|dată=2020|titlu=Spectrum of scalar and pseudoscalar glueballs from functional methods|journal=The European Physical Journal C|volum=80|număr=11|pagină=1077|pmid=33239962|bibcode=2020EPJC...80.1077H|doi=10.1140/epjc/s10052-020-08649-6}}</ref>
{| class="wikitable" style="text-align:center;margin: auto"
!''[[Momentul unghiular total|J<sup>P</sup>]]''<sup>''[[paritate|C]]''</sup>
! [[Masă]]
|-
| 0 <sup>++</sup>
| {{Val|1730|80|ul=MeV/c2}}
|-
| 2 <sup>++</sup>
| {{Val|2400|120|u=MeV/c2}}
|-
| 0 <sup>-+</sup>
| {{Val|2590|130|u=MeV/c2}}
|-
|}

== Candidați experimentali ==
Experimentele cu acceleratoare de particule sunt adesea capabile să identifice particule compozite instabile și să atribuie mase acestor particule cu o precizie de aproximativ {{Val|10|u=MeV/c2}}, fără a putea atribui imediat particulei rezonanța observată toate proprietățile acelei particule. Zeci de astfel de particule au fost detectate, deși particulele detectate în unele experimente, dar nu și în altele, pot fi considerate dubioase.

Mulți dintre acești candidați au făcut obiectul unor investigații active de cel puțin optsprezece ani.<ref name="slac.stanford.edu"/> Experimentul {{Ill-wd|Q5572369|3=GlueX}} a fost conceput special pentru a produce dovezi experimentale mai definitive ale glueball-urilor.<ref>{{Citat web|url=http://www.gluex.org/GlueX/Physics.html|titlu=The Physics of GlueX|accessdate=2015-05-07|archiveurl=https://web.archive.org/web/20200222052556/http://gluex.org/GlueX/Physics.html|archivedate=2020-02-22}}</ref>

Unii dintre candidații pentru rezonanțele particulelor care ar putea fi glueball-uri, deși dovezile nu sunt definitive, includ următoarele:

=== Candidați pentru glueball-uri vectoriale, pseudovectoriale sau tensoriale ===
* X(3020), observat de colaborarea [[Experimentul BaBar|BaBar]], este un candidat pentru o stare excitată a stărilor glueball {{Mvar|J}} {{Sup| {{math|PC}}}} = 2{{Sup|−+}}, 1{{Sup|+−}} sau 1{{Sup|−−}}, cu o masă de aproximativ {{Val|3.02|u=GeV/c2}}.<ref name="arxiv.org"/>

=== Candidați pentru glueball-uri scalare ===
* f<sub>0</sub> (500), cunoscut și ca σ – proprietățile acestei particule sunt posibil consistente cu un glueball cu masă de {{Val|1000|u=MeV/c2}} sau {{Val|1500|u=MeV/c2}}.<ref name="ochs"/>
* f<sub>0</sub> (980) – structura acestei particule compozite este consistentă cu existența unui glueball ușor.<ref name="ochs" />
* f<sub>0</sub> (1370) – existența acestei rezonanțe este contestată, dar este un candidat pentru o stare de amestecare glueball-mezon.<ref name="ochs" />
* f<sub>0</sub> (1500) – existența acestei rezonanțe este necontestată, dar statutul său ca stare de amestecare glueball-mezon sau glueball pur nu este bine stabilit.<ref name="ochs" />
* f<sub>0</sub> (1710) – existența acestei rezonanțe este necontestată, dar statutul său ca stare de amestecare glueball-mezon sau glueball pur nu este bine stabilit.<ref name="ochs" />

=== Alți candidați ===
* Jeturile de gluoni la experimentul {{Ill-wd|Q659029|3=LEP}} arată un exces de 40% față de așteptările teoretice pentru grupuri neutre din punct de vedere electromagnetic, ceea ce sugerează că particulele neutre din punct de vedere electromagnetic, așteptate în medii bogate în gluoni, cum ar fi glueball-urile, sunt probabil prezente.<ref name="ochs"/>

== Note ==
<references/>

== Vezi și ==
* [[Mezon exotic]]
* {{Ill-wd|Q5572369|3=GlueX}}
* [[Gluon]]
* [[Teoria Yang–Mills]]

{{Particule}}
{{Fizică}}
{{Control de autoritate}}
[[Categorie:Probleme nerezolvate în fizică]]
[[Categorie:Cromodinamică cuantică]]
[[Categorie:Materie exotică]]