Natuurkundigen van de STAR-samenwerking, werkzaam bij de RHIC-versneller in het Brookhaven National Laboratory, hebben gegevens gepresenteerd die het gangbare beeld van de protonstructuur ter discussie stellen. Volgens nieuwe resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Science, zou het baryongetal – een fundamentele eigenschap die de stabiliteit van materie bepaalt – niet alleen gedragen kunnen worden door drie valentiequarks, maar ook door een Y-vormige configuratie van gluonen die deze quarks met elkaar verbinden.
Traditioneel werd aangenomen dat elk van de drie quarks binnenin een proton een derde van het baryongetal droeg. Een analyse van kernbotsingen bij RHIC toonde echter aan dat deze vereenvoudigde voorstelling de waargenomen overmaat aan baryonen, die loodrecht op de bundelrichting wegvliegen, niet verklaart.
De onderzoekers vergeleken de verdeling van het baryongetal met de herverdeling van elektrische lading bij dezelfde gebeurtenissen. Het bleek dat er ongeveer twee keer zoveel baryonen ontstaan dan verwacht zou worden, uitsluitend gebaseerd op gestopte quarks. Deze discrepantie duidt op een aanvullend mechanisme voor de overdracht van het baryongetal.
Wetenschappers verbinden dit met een 'baryonenverbinding' – een structuur van gluonen die voor het eerst werd voorgesteld in de jaren zeventig. In 1996 opperde Dmitri Kharzeev al dat precies deze Y-vormige configuratie, in plaats van de quarks zelf, verantwoordelijk zou kunnen zijn voor het behoud van het baryongetal. Nieuwe gegevens van STAR bevestigen deze hypothese.
Bij botsingen met hoge energie stopt de gluonenverbinding gemakkelijker dan valentiequarks. Eenmaal gestopt 'trekt' het drie nieuwe quarks uit het vacuüm en vormt een nieuw baryon, terwijl de oorspronkelijke quarks hun beweging langs de bundel voortzetten. Een dergelijk mechanisme verklaart beter de overmaat aan baryonen in het centrale deel van de detector.
Het behoud van het baryongetal is een van de redenen waarom protonen stabiel blijven gedurende een periode die de leeftijd van het universum overschrijdt. Het is ook gerelateerd aan de asymmetrie tussen materie en antimaterie in de kosmos. Als gluonen inderdaad een sleutelrol spelen in dit proces, dan vereist de voorstelling van het proton als een eenvoudig object bestaande uit drie quarks een heroverweging.
