Tras casi dos décadas de búsqueda, el experimento Beijing Spectrometer III (BESIII) anunció la evidencia más sólida obtenible hasta la fecha de la existencia de las llamadas glueballs, partículas compuestas exclusivamente por gluones, los portadores de la fuerza nuclear fuerte. El hallazgo fue presentado la semana pasada en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP), celebrada en Natal, Brasil, y también aparece en un preprint publicado en arXiv.
La pieza central del descubrimiento es una partícula conocida como X(2370), detectada por primera vez en 2011 por Yanhping Huang, entonces estudiante de doctorado en el Instituto de Física de Alta Energía (IHEP) de la Academia China de Ciencias. Desde su hallazgo, los investigadores sospecharon que X(2370) podría contener glueballs porque su masa coincidía con la predicha por la cromodinámica cuántica para el glueball más ligero. Sin embargo, faltaba confirmar otras propiedades cuánticas que descartaran explicaciones alternativas.
La pista clave provino del estudio de las desintegraciones del mesón J/ψ, descubierto en 1974 y formado por un quark charm y un antiquark charm. Cuando el J/ψ se desintegra, produce una gran cantidad de gluones y hadrones, lo que convierte este régimen experimental en el más prometedor para buscar firmas de glueballs. Como explicó Shan Jin, físico de la Universidad de Nanjín que presentó los resultados en ICHEP, el experimento BESIII puede producir cantidades enormes de mesones J/ψ, permitiendo analizar sus desintegraciones con un nivel de detalle sin precedentes.
A lo largo de 13 años, Huang y otros miembros de la colaboración BESIII analizaron datos de casi diez mil millones de desintegraciones de J/ψ. En 2024, finalmente determinaron la paridad de espín de la partícula: X(2370) resultó ser un pseudoescalar con números cuánticos 0−+, exactamente los predichos para el glueball más ligero según la cromodinámica cuántica. La medición de la paridad de espín fue determinante porque, según el astrofísico Ethan Siegel, citado por Ars Technica, una glueball auténtica debe tener espín cero, carga eléctrica nula y paridad impar, entre otras propiedades.
Las implicaciones de confirmar la existencia de glueballs son profundas. La cromodinámica cuántica predice que los gluones no solo unen a los quarks, sino que también interactúan entre sí. Una glueball sería la prueba directa de esa autointeracción. Además, como recordó Bruce Yabsley, físico de partículas de la Universidad de Sídney que revisó los resultados, el hallazgo aporta información clave sobre el origen de la masa: aunque los protones están formados por quarks, la suma de sus masas no explica la masa total del protón. Los gluones no tienen masa, pero las intensas interacciones entre ellos deben generarla, según la ecuación E=mc².
No obstante, los expertos llaman a la cautela. Yabsley señaló que no existe una sola "prueba definitiva" que demuestre que X(2370) está hecha de glueballs, aunque la acumulación de evidencias reunidas durante décadas hace que los hallazgos actuales sean "bastante persuasivos". Ulrik Egede, físico experimental de la Universidad de Monash en Melbourne y asistente a la presentación, coincidió en calificarlos como "evidencia bastante convincente". Para Jin, aun con la paridad de espín confirmada, muchas partículas pueden compartir propiedades similares, por lo que el siguiente paso será reunir más datos que refuercen la identificación.
Más allá de X(2370), la teoría predice la existencia de varios tipos de glueballs. Si los resultados se confirman, la cromodinámica cuántica recibirá un espaldarazo importante, aunque seguirá abierto el interrogante de por qué los glueballs no se han detectado con mayor claridad en experimentos previos. Mientras tanto, BESIII continúa recolectando datos en el Colisionador Electrón-Positrón de Beijing, con la expectativa de que nuevas observaciones permitan cerrar definitivamente un capítulo que llevaba más de medio siglo esperando respuesta.