Protonin salaisuus paljastui: Gluonit, eivät kvarkit, kantavat sen perusidentiteettiä

2. Fotoni-kulta-törmäykset

Ultra-perifeerisissä törmäyksissä, joissa yhden kultaytimen fotoni osuu toiseen kultaytimeen, mittasi koe 'netto-protonituoton' liikkeen suunnassa. Nopeusasymmetria oli paljon vähemmän korostunut kuin kvarkkikuljetusta olettavat mallit olisivat tuottaneet, mikä viittasi jälleen eri kantajaan .

3. Netto-protonituotot kulta-kulta-törmäyksissä

RHIC:n törmäysenergioiden yli mitattiin netto-protonien pysähtymisen jyrkkyys. Se oli eksponentiaalinen, ja sovitettu parametri α_B = 0,61 ± 0,03 oli yhdenmukainen baryoniliitoksen kuljetuksen kanssa Regge-teoriasta, eikä kvarkkipohjaisen kuljetuksen kanssa .

Kaikki kolme mittausta johtivat samaan johtopäätökseen: data 'ei suosi valenssikvarkkikuvaa' .

Baryoniliitos: 50 vuotta vanha hypoteesi

Ajatus siitä, että gluoninen topologia voisi kantaa baryonilukua, esitettiin ensimmäisen kerran 1970-luvulla. Tässä 'baryoniliitos' tai 'silmukkaliitos' -mallissa Y-muotoinen gluonikentän konfiguraatio sijaitsee protonin keskipisteessä ja pitää hallussaan koko baryonilukua (B=1) samalla kun se ei kanna lainkaan sähkövarausta .

Tässä näkemyksessä kolme valenssikvarkkia eivät yksilöllisesti kanna 1/3:a baryoniluvusta kukin. Sen sijaan ne ovat kiinnittyneet liitoskohtaan kuin oksat runkoon. Kun protonit törmäävät suurella energialla, tämä 'gluoniliitos' pysähtyy paljon helpommin kuin suuren liikemäärän kvarkit – sen energia muuttuu uusiksi baryoneiksi, jotka suihkuaa kohtisuoraan säteen linjaan nähden, kun taas kvarkit itse jatkavat matkaa eteenpäin .

Miksi tämä on tärkeää gluoniaineen laajemmalle ymmärrykselle

Löytö muokkaa fysiikan perusteita useilla tavoilla:

• Gluonit säilyvän kvanttiluvun kantajina: Gluonit eivät ole enää pelkästään 'liimaa', joka sitoo kvarkeja. Ne voivat toimia säilyvän kvanttiominaisuuden ensisijaisena paikkana, mikä antaa gluoniaineelle suoremman roolin tavallisen aineen rakenteessa .

• Vihjeitä aineen ja antiaineen epäsymmetriaan: Baryoniluvun kuljetus on keskeinen prosessi varhaisessa maailmankaikkeudessa. Baryoniluvun kantamisen ja pysähtymisen ymmärtäminen tarjoaa vahvan kokeellisen otteen aine-aine-epäsymmetriaongelmaan .

• Eksoottiset QCD-konfiguraatiot: Tulos tukee eksoottisten tilojen, kuten baryonium-glueballien ja gluonisten 'buckyballien' – kokonaan gluoneista rakennettujen konfiguraatioiden, jotka kantaisivat baryonilukua ilman valenssikvarkkeja – teoreettista olemassaoloa .

Mitä seuraavaksi

Kun STAR-ilmaisimen purkaminen on käynnissä RHIC:ssä, näitä tuloksia tarkastellaan tarkemmin. Tuleva Electron-Ion Collider (EIC) Brookhavenissa, joka on suunniteltu tutkimaan aineen gluonirakennetta vieläkin hienojakoisemmin, pystyy testaamaan näitä havaintoja täydentävillä mittauksilla .

Toistaiseksi protonin identiteetti näyttää lepäävän Y-muotoisessa puhtaan gluonikentän solmussa – muistutus siitä, että jopa tutuimmat hiukkaset kätkevät syviä yllätyksiä.