I fisici della collaborazione STAR, presso l'acceleratore RHIC del Brookhaven National Laboratory, hanno presentato dati che mettono in discussione la tradizionale visione della struttura del protone. Secondo i nuovi risultati, pubblicati sulla rivista Science, il numero barionico — una proprietà fondamentale che determina la stabilità della materia — potrebbe essere trasportato non solo dai tre quark di valenza, ma anche da una configurazione a forma di Y dei gluoni che li connettono.
Tradizionalmente, si riteneva che ciascuno dei tre quark all'interno di un protone portasse un terzo del numero barionico. Tuttavia, l'analisi delle collisioni di nuclei al RHIC ha dimostrato che questa rappresentazione semplificata non è in grado di spiegare l'eccesso osservato di barioni che si allontanano perpendicolarmente alla direzione dei fasci.
I ricercatori hanno confrontato la distribuzione del numero barionico con la ridistribuzione della carica elettrica negli stessi eventi.
È emerso che si formano circa il doppio dei barioni di quanto ci si aspetterebbe basandosi solo sui quark che si sono fermati. Questa discrepanza indica l'esistenza di un meccanismo aggiuntivo per il trasporto del numero barionico.
Gli scienziati collegano questa anomalia a un «connettore barionico» — una struttura di gluoni proposta per la prima volta negli anni '70.
Nel 1996, Dmitri Kharzeev aveva suggerito che proprio questa configurazione a forma di Y, e non i quark stessi, potesse essere responsabile della conservazione del numero barionico. I nuovi dati di STAR confermano questa ipotesi.
Nelle collisioni ad alta energia, il connettore gluonico si ferma più facilmente rispetto ai quark di valenza. Una volta fermo, esso «estrae» dal vuoto tre nuovi quark e forma un nuovo barione, mentre i quark originali continuano a muoversi lungo il fascio. Un tale meccanismo spiega meglio l'eccesso di barioni nella regione centrale del rivelatore.
La conservazione del numero barionico è una delle ragioni per cui i protoni rimangono stabili per un periodo di tempo che supera l'età dell'universo. Essa è anche collegata all'asimmetria tra materia e antimateria nell'universo. Se i gluoni giocano realmente un ruolo chiave in questo processo, allora la concezione del protone come un semplice oggetto composto da tre quark richiede una revisione.
«I nostri risultati sfidano l'idea a lungo consolidata che il numero barionico sia semplicemente diviso tra i tre quark», osserva il fisico Rongrong Ma del Brookhaven. Ulteriori ricerche mostreranno esattamente come questa scoperta influenzerà i modelli di cromodinamica quantistica e la comprensione dell'universo primordiale.
