În fizica particulelor , o bilă glu sau glueball în limba engleză este un compozit ipotetic al particulelor . Ar consta doar din gluoni fără quarks de valență. O astfel de stare este posibilă deoarece gluonii poartă o încărcare de culoare și sunt supuși unei interacțiuni puternice . Pe măsură ce se amestecă cu mezonii obișnuiți, bilele de lipici sunt extrem de dificil de identificat în acceleratoarele de particule .
Calculele teoretice arată că bilele de lipici ar trebui să se formeze la energiile accesibile cu colizorii curenți . Cu toate acestea, datorită - printre altele - dificultăților menționate, acestea nu au fost până acum (2013) încă observate și identificate cu certitudine. Predicția existenței bilelor de adeziv este una dintre cele mai importante previziuni ale Modelului standard de fizică a particulelor care încă nu a fost confirmat experimental.
În principiu, este posibil să se calculeze exact toate proprietățile mingilor de adeziv, direct din ecuațiile fundamentale și constantele cromodinamicii cuantice (QCD) fără a fi nevoie să se măsoare noi valori. Proprietățile supuse acestor particule ipotetice pot fi descrise în detaliu folosind Modelul standard , care se bucură de o largă acceptare în fizica teoretică. În practică, totuși, calculele CDQ sunt atât de complexe încât aproximările numerice sunt întotdeauna utilizate pentru a determina soluțiile (cu metode foarte diferite). În plus, incertitudinile considerabile în măsurarea anumitor constante fizice cheie pot duce la variații ale previziunilor teoretice ale proprietăților mingilor de lipici, cum ar fi masa lor, raportul lor de ramificare sau degradarea lor.
Studiile teoretice ale bilei de lipici s-au concentrat pe bile compuse din doi sau trei gluoni prin analogie cu mezonii și barionii care au două și respectiv trei quarcuri. La fel ca mezonii și barionii, bile de lipici ar fi neutre în culoare (adică izospin zero). Numărul barionic al unei bile de lipici este 0 .
Bilele de lipici cu două gluoni pot avea o rotire (J) de 0 (sunt apoi scalari sau pseudo-scalari) sau de 2 ( tensori ). Glueballs cu trei gluoni pot avea un spin (J) de 1 (boson vector) sau 3. Toate glueballs au rotiri întregi, ceea ce înseamnă că sunt bosoni .
Globurile de lipici sunt singurele particule prezise de modelul standard cu o rotire de 2 sau 3 în starea lor de bază, deși s-au observat mezonii compuși din doi quarcuri cu J = 0 și J = 1 și mase similare, iar stările excitate alți mezoni pot avea o astfel de valoarea de centrifugare.
Particulele fundamentale cu un element fundamental de rotire 0 sau 2 sunt ușor de distins de o minge de adeziv. Ipoteticul graviton , deși având un spin de 2 ar fi de masă zero și lipsit de încărcare de culoare, făcându-l ușor de distins. Bosonul Higgs , pentru care o masă de circa 125-126 GeV / c 2 a fost măsurată experimental (deși particula observată nu a fost încă identificat în mod definitiv ca un boson Higgs) este particula numai fundamentală de spin 0 în modelul standard, acesta De asemenea, nu are încărcare de culoare și, prin urmare, nu este supusă unei interacțiuni puternice. Bosonul Higgs are, de asemenea, o masă de 25 până la 80 de ori mai mare decât diferitele bile de lipici prezise de model.
Toate bilele de lipici au sarcină electrică zero, deoarece gluonii înșiși nu au sarcină electrică.
Cromodinamica cuantică prezice bile masive de lipici, deși gluonii înșiși au masa zero în repaus în modelul standard. Glueballs cu cele patru combinații posibile de numere cuantice P ( paritate ) și C (C ( paritate ) ) pentru fiecare moment unghiular total (J) au fost considerate astfel producând aproximativ cincisprezece stări posibile pentru glueballs, inclusiv stări excitate cu numere cuantice similare, dar mase diferite . Stările mai ușoare ar avea mase de până la 1,4 GeV / c 2 (bilă de adeziv cu stare cuantică J = 0, P = +, C = +), iar cea mai grea ar ajunge la 5 GeV / c 2 (stare cuantică J = 0, P = +, C = -).
Aceste mase sunt de același ordin de mărime ca și cele ale multor particule observate experimental: mesonii , barionii , leptoni tau , quark farmec , cuarc de jos și anumiți izotopi ai hidrogenului sau de heliu .
La fel ca toți mezonii și barionii modelului standard, cu excepția protonului, toate bilele de lipici prevăzute ar fi instabile atunci când sunt izolate. Diferite calcule cromodinamice cuantice prezic lățimile totale de descompunere (o cantitate legată de timpul de înjumătățire) pentru diferite stări ale bilelor de lipici. Aceste calcule fac, de asemenea, predicții cu privire la motivele declinului. De exemplu, bilele de lipici nu se pot descompune prin radiații sau prin emiterea a doi fotoni, dar se pot descompune emițând o pereche de pioni , o pereche de kaoni sau o pereche de mezoni eta .
Deoarece bile de lipici prezise de modelul standard sunt extrem de efemere (se descompun aproape imediat în produse mai stabile) și sunt generate doar în fizica cu energie ridicată, bile de lipici pot fi produse sintetic numai în condiții ușor de observat pe Pământ. Prin urmare, acestea sunt importante din punct de vedere științific, deoarece oferă o predicție verificabilă a modelului standard și nu pentru impactul lor asupra proceselor macroscopice.
Teoria câmpurilor de rețea (în) oferă o metodă de a examina teoretic spectrul Glueballs de fundamente. Unele dintre primele cantități calculate folosind tehnici de cromodinamică cu rețea cuantică (în 1980) au fost estimări ale maselor de bile de lipici. Morningstar și Peardon au calculat în 1999 masa celor mai ușoare bile de lipici fără un quark dinamic. Cele mai ușoare trei stări sunt date mai jos. Prezența quarkurilor dinamice ar modifica ușor aceste valori, dar ar face calculele și mai dificile. De atunci, calculele cromodinamice (pe o rețea cu reguli aditive) au descoperit că cele mai ușoare bile de adeziv sunt scalare cu mase cuprinse între 1000 și 1700 MeV .
J P ' C | masa |
---|---|
0 ++ | 1730 ± 80 MeV / c 2 |
2 ++ | 2400 ± 120 MeV / c 2 |
0 - + | 2.590 ± 130 MeV / c 2 |
Experimentele efectuate pe acceleratoare de particule sunt adesea capabile să identifice particule compozite instabile și să le atribuie o masă cu o precizie de ordinul MeV / c 2 fără a putea determina imediat toate proprietățile corespunzătoare rezonanței observate. Dacă particulele detectate în unele experimente sunt inconfundabile, altele sunt încă ipotetice. Unele dintre aceste particule candidate ar putea fi bile de lipici, deși dovezile nu sunt convingătoare. Acestea includ:
Mulți dintre acești candidați au făcut obiectul unor cercetări active de la mijlocul anilor 1990 . Experiența GlueX (în) , programată pentru 2014, a fost concepută pentru a oferi dovezi experimentale definitive ale existenței Glueballs.