Fizycy z kolaboracji STAR, pracujący przy akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory, przedstawili dane, które podważają dotychczasowy obraz struktury protonu. Zgodnie z nowymi wynikami, opublikowanymi w czasopiśmie Science, liczba barionowa – fundamentalna właściwość, która określa stabilność materii – może być przenoszona nie tylko przez trzy kwarki walencyjne, ale także przez Y-kształtną konfigurację gluonów, które je łączą.
Tradycyjnie uważano, że każdy z trzech kwarków w protonie niesie jedną trzecią liczby barionowej. Jednak analiza zderzeń jąder w RHIC wykazała, że to uproszczone podejście nie wyjaśnia obserwowanej nadwyżki barionów, które wylatują prostopadle do kierunku wiązek.
Badacze porównali rozkład liczby barionowej z redystrybucją ładunku elektrycznego w tych samych zdarzeniach. Okazało się, że barionów powstaje około dwukrotnie więcej, niż można by się spodziewać, biorąc pod uwagę tylko zatrzymane kwarki. Ta niezgodność wskazuje na dodatkowy mechanizm przenoszenia liczby barionowej.
Naukowcy łączą to z „wiązaniem barionowym” – strukturą gluonów, po raz pierwszy zaproponowaną w latach 70. XX wieku. W 1996 roku Dmitrij Charzew zasugerował, że to właśnie ta Y-kształtna konfiguracja, a nie same kwarki, może odpowiadać za zachowanie liczby barionowej. Nowe dane z eksperymentu STAR potwierdzają tę hipotezę.
W zderzeniach o wysokich energiach wiązanie gluonowe łatwiej zatrzymuje się niż kwarki walencyjne. Po zatrzymaniu „wyciąga” z próżni trzy nowe kwarki i tworzy nowy barion, podczas gdy pierwotne kwarki kontynuują ruch wzdłuż wiązki. Taki mechanizm lepiej wyjaśnia nadwyżkę barionów w centralnej części detektora.
Zachowanie liczby barionowej jest jednym z powodów, dla których protony pozostają stabilne przez czas dłuższy niż wiek Wszechświata. Jest ono również związane z asymetrią materii i antymaterii w kosmosie. Jeśli gluony rzeczywiście odgrywają kluczową rolę w tym procesie, to dotychczasowe postrzeganie protonu jako prostego obiektu złożonego z trzech kwarków wymaga rewizji.
„Nasze wyniki podważają od dawna utrwalone przekonanie, że liczba barionowa jest po prostu dzielona między trzy kwarki” – zauważa fizyk Rongrong Ma z Brookhaven. Dalsze badania pokażą, jak dokładnie to odkrycie wpłynie na modele chromodynamiki kwantowej i na nasze zrozumienie wczesnego Wszechświata.
