Gluoner bærer protonens identitet: Første eksperimentelle bevis fra RHIC

Hvad har STAR-samarbejdet opdaget?

Nye resultater fra STAR-samarbejdet ved Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), offentliggjort i Science, giver det første eksperimentelle bevis for at protonens baryontal ikke bæres af dens tre valenskvarker, men af en Y-formet gluonstruktur — den såkaldte 'gluon junction' eller baryonknude .

Tre uafhængige målinger peger samme vej

• Isobar-kollisioner: Kollisioner mellem rutenium (Ru+Ru) og zirconium (Zr+Zr) viste en forskel i baryontransport, der ikke kan forklares hvis valenskvarkerne bar baryontallet hver for sig .
• Foton-guld-kollisioner: Målinger af net-proton-udbytte i kollisioner mellem fotoner og guld viste mindre asymmetri end forventet, hvis valenskvarker bar baryontallet .
• Guld-guld-kollisioner: Net-proton-udbytter i Au+Au-kollisioner viste en baryontransport, der er i overensstemmelse med gluonknude-modellen .

Hvad betyder det?

Resultaterne afviser den traditionelle model, hvor hver valenskvark bærer en tredjedel af baryontallet (B=1/3). I stedet støtter de baryonknude-hypotesen, som blev foreslået allerede i 1970'erne. I denne model bærer gluonernes Y-formede struktur hele baryontallet (B=1) og har nul elektrisk ladning .

I kollisioner stoppes gluonknuden meget lettere end de højenergetiske valenskvarker. Dens energi omdannes til nye baryoner, der sendes ud vinkelret på strålen, mens kvarkerne selv fortsætter fremad .

Betydning for forståelsen af gluonisk stof

Fundet omformer den grundlæggende forståelse af hvordan baryontal — en bevaret kvanteegenskab der adskiller stof fra antistof — er kodet i hadronernes struktur .

• Det viser at gluoner ikke blot binder kvarker sammen; de kan selv være bærere af en bevaret kvanteegenskab .
• Det giver gluonisk stof en mere direkte rolle i stabiliteten af almindeligt stof.
• Resultatet har også betydning for forståelsen af baryontransport fra det tidlige univers og dermed for problemet med stof-antistof-asymmetri .
• Det understøtter eksotiske konfigurationer som baryonium-glueballs og gluoniske 'buckyballs', som forudsiges af kvantekromodynamikken (QCD) .