Фізики з колаборації STAR на прискорювачі RHIC у Брукгейвенській національній лабораторії оприлюднили дані, які ставлять під сумнів звичну картину будови протона. Згідно з новими результатами, опублікованими в журналі Science, баріонне число — фундаментальна властивість, що визначає стабільність матерії, — може переноситися не лише трьома валентними кварками, а й Y-подібною конфігурацією глюонів, які їх з’єднують.
Традиційно вважалося, що кожен із трьох кварків усередині протона несе по одній третині баріонного числа. Проте аналіз зіткнень ядер на RHIC продемонстрував, що це спрощене уявлення не пояснює спостережуваний надлишок баріонів, які вилітають перпендикулярно до напрямку пучків.
Дослідники порівняли розподіл баріонного числа з перерозподілом електричного заряду в тих самих подіях. Виявилося, що баріонів утворюється приблизно вдвічі більше, ніж можна було б очікувати, виходячи лише із зупинених кварків. Ця невідповідність вказує на додатковий механізм перенесення баріонного числа.
Вчені пов'язують це з «баріонним з'єднанням» — структурою з глюонів, уперше запропонованою в 1970-х роках. У 1996 році Дмитро Харзев припустив, що саме ця Y-подібна конфігурація, а не самі кварки, може відповідати за збереження баріонного числа. Нові дані STAR підтверджують цю гіпотезу.
У високоенергетичних зіткненнях глюонне з'єднання легше зупиняється, ніж валентні кварки. Зупинившись, воно «витягує» з вакууму три нові кварки і формує новий баріон, тоді як початкові кварки продовжують рух уздовж пучка. Такий механізм краще пояснює надлишок баріонів у середній області детектора.
Збереження баріонного числа — одна з причин, чому протони залишаються стабільними протягом часу, що перевищує вік Всесвіту. Воно також пов'язане з асиметрією матерії та антиматерії в космосі. Якщо глюони дійсно відіграють ключову роль у цьому процесі, то уявлення про протон як про простий об'єкт із трьох кварків потребує перегляду.
«Наші результати кидають виклик давно усталеній ідеї, що баріонне число просто ділиться між трьома кварками», — зазначає фізик Ронгронг Ма з Брукгейвена. Як саме це відкриття вплине на моделі квантової хромодинаміки та на розуміння раннього Всесвіту, покажуть подальші дослідження.
