Dopo diciassette anni di ininterrotta raccolta e analisi dei dati presso il Beijing Electron Positron Collider, in Cina, la collaborazione BESIII, a cui contribuisce anche l’INFN, ha annunciato di aver identificato una forma di materia fatta di soli gluoni che la comunità scientifica cerca da quasi cinquant’anni. Il risultato è stato presentato lo scorso agosto alla Conferenza internazionale di fisica delle alte energie (ICHEP 2026), in Brasile, ed è stato sottomesso alla rivista Physical Review Letters.
Secondo la cromodinamica quantistica (QCD), l’interazione forte lega strettamente i quark all’interno dei protoni e dei neutroni grazie a un mediatore, il gluone. I gluoni, però, possono attrarsi reciprocamente e formare stati legati composti interamente da mediatori di forza, una forma di materia radicalmente diversa da quella ordinaria: le glueball.
L’esistenza delle glueball permetterebbe una verifica fondamentale della cromodinamica quantistica alle basse energie. In particolare, fornirebbe una conferma diretta di una delle caratteristiche fondamentali della QCD: la cosiddetta “struttura di gauge non abeliana”, che consente proprio ai gluoni di interagire direttamente tra loro. In quasi mezzo secolo di ricerche sperimentali, tuttavia, nessuna particella di questo tipo è mai stata osservata.
“La svolta al Beijing Electron Positron Collider è arrivata grazie alla produzione massiva di particelle J/ψ, i cui decadimenti radiativi rappresentano una delle migliori vie per la ricerca di glueball”, commenta Giulio Mezzadri, responsabile nazionale di BESIII per l’INFN.
Nel 2011, utilizzando i decadimenti della J/ψ, BESIII ha scoperto una nuova particella, X(2370). In seguito, nel 2024, la collaborazione si è servita di un campione di circa 10 miliardi di particelle J/ψ per determinare per la prima volta i numeri quantici di spin e parità di X(2370), risultati essere 0⁻⁺. “Questo risultato ha segnato un passo cruciale verso la determinazione della natura di X(2370), poiché la sua massa e i suoi numeri quantici sono in completo accordo con la previsione della cromodinamica quantistica su reticolo per una glueball pseudoscalare”, prosegue Mezzadri.
Ma c’è di più. Recentemente, la collaborazione BESIII ha scoperto diverse nuove modalità di decadimento di X(2370) e, in particolare, ha determinato per la prima volta la sua natura di “singoletto di sapore”, uno stato che non è associato a un particolare sapore di quark. “I gluoni, a differenza dei quark, non hanno un sapore come up, down o strange. Ed essendo le glueball costituite esclusivamente da gluoni, non ci aspettiamo che decadano in particelle associate a un particolare sapore. E questo è proprio quello che le nostre osservazioni su X(2370) ci dicono”, conclude Mezzadri.
Questa catena completa di evidenze sperimentali indica dunque che X(2370) è dominata da una componente di glueball pseudoscalare. Si tratta della più chiara evidenza sperimentale ottenuta in quasi cinquant’anni di ricerca delle glueball e conferma una delle previsioni fondamentali della QCD: i gluoni possono legarsi tra loro e formare un nuovo tipo di materia.
Il Beijing Spectrometer III (BESIII)
E’ un grande rivelatore di fisica delle particelle che opera presso il Beijing Electron Positron Collider II (BEPCII), in Cina. L’esperimento si concentra sulla fisica di precisione nella regione energetica del tau e del charm, e ha ottenuto una serie di risultati di primo piano a livello mondiale nella spettroscopia degli adroni, nella fisica del charm, nella fisica del tau e nella ricerca di fenomeni fisici oltre il Modello Standard.
Alla collaborazione internazionale BESIII, che comprende circa 700 scienziate e scienziati provenienti da circa 96 istituti di ricerca in 15 Paesi, l’INFN partecipa con le sue sezioni di Ferrara, Perugia, Torino, e i Laboratori Nazionali di Frascati. L’INFN ha recentemente contribuito al progetto di upgrade dello spettrometro BESIII con la costruzione, installazione e operazione del rivelatore CGEM che permetterà allo spettrometro BESIII di continuare le sue investigazioni nello studio dell’interazione forte.
INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
