Физики из коллаборации STAR на ускорителе RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории представили данные, которые ставят под сомнение привычную картину строения протона. Согласно новым результатам, опубликованным в журнале Science, барионное число — фундаментальное свойство, определяющее стабильность материи, — может переноситься не только тремя валентными кварками, но и Y-образной конфигурацией глюонов, соединяющих их.
Традиционно считалось, что каждый из трёх кварков внутри протона несёт по одной трети барионного числа. Однако анализ столкновений ядер на RHIC показал, что это упрощённое представление не объясняет наблюдаемый избыток барионов, вылетающих перпендикулярно направлению пучков.
Исследователи сравнили распределение барионного числа с перераспределением электрического заряда в тех же событиях. Оказалось, что барионов образуется примерно вдвое больше, чем можно было бы ожидать, исходя только из остановившихся кварков. Это несоответствие указывает на дополнительный механизм переноса барионного числа.
Учёные связывают его с «барионным соединением» — структурой из глюонов, впервые предложенной в 1970-х годах. В 1996 году Дмитрий Харзев предположил, что именно эта Y-образная конфигурация, а не сами кварки, может отвечать за сохранение барионного числа. Новые данные STAR подтверждают эту гипотезу.
В высокоэнергетических столкновениях глюонное соединение легче останавливается, чем валентные кварки. Остановившись, оно «вытягивает» из вакуума три новых кварка и формирует новый барион, в то время как исходные кварки продолжают движение вдоль пучка. Такой механизм лучше объясняет избыток барионов в средней области детектора.
Сохранение барионного числа — одна из причин, почему протоны остаются стабильными на протяжении времени, превышающего возраст Вселенной. Оно также связано с асимметрией материи и антиматерии в космосе. Если глюоны действительно играют ключевую роль в этом процессе, то представление о протоне как о простом объекте из трёх кварков требует пересмотра.
«Наши результаты бросают вызов давно устоявшейся идее, что барионное число просто делится между тремя кварками», — отмечает физик Ронгронг Ма из Брукхейвена. Как именно это открытие повлияет на модели квантовой хромодинамики и на понимание ранней Вселенной, покажут дальнейшие исследования.
