Des physiciens de la collaboration STAR, travaillant à l'accélérateur RHIC du laboratoire national de Brookhaven, ont présenté des données qui remettent en question la vision habituelle de la structure du proton. Selon de nouveaux résultats, publiés dans la revue Science, le nombre baryonique — une propriété fondamentale qui détermine la stabilité de la matière — pourrait être transporté non seulement par trois quarks de valence, mais aussi par une configuration de gluons en forme de Y qui les relie.
Il était traditionnellement admis que chacun des trois quarks à l'intérieur d'un proton portait un tiers du nombre baryonique. Cependant, une analyse des collisions nucléaires au RHIC a révélé que cette représentation simplifiée n'explique pas l'excès observé de baryons éjectés perpendiculairement à la direction des faisceaux.
Les chercheurs ont comparé la distribution du nombre baryonique à la redistribution de la charge électrique lors des mêmes événements. Il s'est avéré qu'environ deux fois plus de baryons sont formés que ce à quoi on pourrait s'attendre en se basant uniquement sur les quarks arrêtés. Cette divergence suggère un mécanisme supplémentaire de transport du nombre baryonique.
Les scientifiques le lient à une « jonction baryonique » — une structure de gluons proposée pour la première fois dans les années 1970. En 1996, Dmitri Kharzeev a suggéré que cette configuration en forme de Y, et non les quarks eux-mêmes, pourrait être responsable de la conservation du nombre baryonique. Les nouvelles données de STAR viennent étayer cette hypothèse.
Lors de collisions à haute énergie, la jonction gluonique est plus facilement arrêtée que les quarks de valence. Une fois arrêtée, elle « extrait » trois nouveaux quarks du vide et forme un nouveau baryon, tandis que les quarks d'origine continuent leur mouvement le long du faisceau. Un tel mécanisme explique mieux l'excès de baryons observé dans la région centrale du détecteur.
La conservation du nombre baryonique est l'une des raisons pour lesquelles les protons restent stables sur une période excédant l'âge de l'Univers. Elle est également liée à l'asymétrie matière-antimatière dans le cosmos. Si les gluons jouent effectivement un rôle clé dans ce processus, alors la conception du proton comme un simple objet composé de trois quarks doit être révisée.
« Nos résultats remettent en question l'idée établie de longue date selon laquelle le nombre baryonique est simplement divisé entre trois quarks », note le physicien Rongrong Ma de Brookhaven. L'impact exact de cette découverte sur les modèles de chromodynamique quantique et sur la compréhension de l'Univers primitif sera révélé par des recherches ultérieures.
