Các nhà vật lý từ nhóm hợp tác STAR tại máy gia tốc RHIC thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven đã công bố dữ liệu làm lung lay quan điểm quen thuộc về cấu trúc proton. Theo những kết quả mới được đăng tải trên tạp chí Science, số baryon—một tính chất cơ bản quyết định sự ổn định của vật chất—có thể được truyền tải không chỉ bởi ba quark hóa trị, mà còn bởi một cấu hình gluôn hình chữ Y liên kết chúng.
Theo quan niệm truyền thống, mỗi trong ba quark bên trong proton mang một phần ba số baryon. Tuy nhiên, phân tích các va chạm hạt nhân tại RHIC đã chỉ ra rằng quan điểm đơn giản này không thể giải thích được sự dư thừa baryon được quan sát, những hạt baryon bay ra vuông góc với hướng của chùm hạt.
Các nhà nghiên cứu đã so sánh sự phân bố số baryon với sự tái phân bố điện tích trong cùng các sự kiện. Kết quả cho thấy số lượng baryon được tạo ra nhiều hơn khoảng hai lần so với dự kiến nếu chỉ dựa trên các quark đã dừng lại. Sự bất nhất này chỉ ra một cơ chế truyền số baryon bổ sung.
Các nhà khoa học liên hệ điều này với "liên kết baryon"—một cấu trúc được tạo thành từ các gluôn, lần đầu tiên được đề xuất vào những năm 1970. Năm 1996, Dmitry Kharzeev đã đưa ra giả thuyết rằng chính cấu hình hình chữ Y này, chứ không phải bản thân các quark, có thể chịu trách nhiệm cho việc bảo toàn số baryon. Dữ liệu mới từ STAR củng cố giả thuyết này.
Trong các va chạm năng lượng cao, liên kết gluôn dễ dàng dừng lại hơn so với các quark hóa trị. Khi dừng lại, nó "kéo" ba quark mới ra khỏi chân không và hình thành một baryon mới, trong khi các quark ban đầu tiếp tục chuyển động dọc theo chùm hạt. Cơ chế này giải thích tốt hơn sự dư thừa baryon trong vùng trung tâm của máy dò.
Sự bảo toàn số baryon là một trong những lý do tại sao proton vẫn ổn định trong suốt khoảng thời gian vượt quá tuổi của Vũ trụ. Nó cũng liên quan đến sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ. Nếu các gluôn thực sự đóng vai trò then chốt trong quá trình này, thì quan niệm về proton như một vật thể đơn giản gồm ba quark cần phải được xem xét lại.
"Kết quả của chúng tôi thách thức ý tưởng đã tồn tại từ lâu rằng số baryon chỉ đơn giản được chia sẻ giữa ba quark," nhà vật lý Rongrong Ma từ Brookhaven nhận xét. Việc khám phá này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các mô hình sắc động lực học lượng tử và sự hiểu biết về Vũ trụ sơ khai sẽ được làm rõ qua các nghiên cứu sâu hơn.
