Físicos de la colaboración STAR, utilizando el acelerador RHIC en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, han presentado datos que cuestionan la comprensión tradicional de la estructura del protón. Según los nuevos resultados, publicados en la revista Science, el número bariónico —una propiedad fundamental que determina la estabilidad de la materia— podría ser transportado no solo por tres quarks de valencia, sino también por una configuración de gluones en forma de Y que los conecta.
Tradicionalmente, se creía que cada uno de los tres quarks dentro de un protón aportaba un tercio del número bariónico. Sin embargo, un análisis de las colisiones nucleares en el RHIC ha demostrado que esta representación simplificada no explica el exceso observado de bariones que se desprenden perpendicularmente a la dirección de los haces.
Los investigadores compararon la distribución del número bariónico con la redistribución de la carga eléctrica en los mismos eventos. Descubrieron que se forman aproximadamente el doble de bariones de lo que cabría esperar basándose únicamente en los quarks que se detienen. Esta discrepancia sugiere la existencia de un mecanismo adicional para la transferencia del número bariónico.
Los científicos vinculan este fenómeno a una «unión bariónica», una estructura de gluones propuesta por primera vez en la década de 1970. En 1996, Dmitri Kharzeev sugirió que esta configuración en forma de Y, y no los quarks en sí, podría ser responsable de la conservación del número bariónico. Los nuevos datos de STAR respaldan esta hipótesis.
En las colisiones de alta energía, la unión de gluones se detiene más fácilmente que los quarks de valencia. Una vez detenida, «extrae» tres nuevos quarks del vacío y forma un nuevo barión, mientras que los quarks originales continúan moviéndose a lo largo del haz. Este mecanismo explica mejor el exceso de bariones en la región central del detector.
La conservación del número bariónico es una de las razones por las que los protones permanecen estables durante un tiempo que supera la edad del universo. También está relacionada con la asimetría entre materia y antimateria en el cosmos. Si los gluones realmente desempeñan un papel clave en este proceso, la concepción del protón como un objeto simple compuesto por tres quarks necesita ser revisada.
«Nuestros resultados desafían la arraigada idea de que el número bariónico simplemente se divide entre tres quarks», señala el físico Rongrong Ma de Brookhaven. La forma en que este descubrimiento afectará los modelos de la cromodinámica cuántica y la comprensión del universo temprano será revelada por futuras investigaciones.
