שינוי בתפיסת היקום: הגלואונים האחראים על מספר הבאריונים של הפרוטון

שיתוף הפעולה STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) במאיץ RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) שבמעבדה הלאומית ברוקהייבן (BNL) פרסם תוצאות פורצות דרך בכתב העת Science, המספקות את העדות הניסויית הראשונה לכך שמספר הבאריונים (התכונה הקוונטית המבדילה בין חומר לאנטי-חומר) של הפרוטון אינו נישא על ידי שלושת קווארקי הערכיות שלו, אלא על ידי מבנה טופולוגי לא-פרטורבטיבי של שדה הגלואונים, המכונה 'צומת גלואונים' (gluon junction) בצורת Y .

שלוש מדידות עצמאיות

• התנגשויות איזובאריות (Ru+Ru לעומת Zr+Zr): השוואת הובלת באריונים לעומת הובלת מטען חשמלי הראתה יחס גבוה מהצפוי, המעיד על מנגנון הובלה נפרד .
• התנגשויות פוטון-זהב (γ+Au): מדידת תפוקת פרוטונים נטו לאורך המהירות (rapidity) הראתה הבדל קטן מהתחזיות המבוססות על קווארקי ערכיות .
• התנגשויות זהב-זהב (Au+Au): ניתוח תפוקת הפרוטונים נטו בהתנגשויות האדרוניות תמך אף הוא במודל צומת הגלואונים .

שלוש המדידות יחד שוללות את התמונה המסורתית לפיה כל קווארק ערכיות נושא מספר באריוני של B=1/3, ותומכות בהשערת 'צומת הבאריונים' (baryon junction) שהוצעה לראשונה בשנות ה-70 של המאה ה-20. לפי השערה זו, צומת הגלואונים עצמו נושא את מלוא מספר הבאריונים (B=1) ומטען חשמלי אפסי .

כיצד זה מתרחש בהתנגשויות?
בעת התנגשות, צומת הגלואונים, בהיותו מבנה שביר יחסית, נעצר הרבה יותר בקלות מקווארקי הערכיות הנעים במהירות גבוהה. האנרגיה של הצומת מומרת לבאריונים חדשים הנפלטים בניצב לקו האלומה, בעוד שהקווארקים עצמם ממשיכים לנוע קדימה .

המשמעות הרחבה להבנת החומר הגלואוני

• התגלית משנה את ההבנה הבסיסית של האופן שבו מספר באריונים, תכונה קוונטית שמורה המבדילה בין חומר לאנטי-חומר, מקודד במבנה ההאדרונים .
• משמעות הדבר היא שגלואונים אינם רק 'דבק' הקושר קווארקים; הם יכולים לשמש כמקום המושב העיקרי של מספר קוונטי שמור, ובכך מעניקים לחומר הגלואוני תפקיד ישיר ומשמעותי יותר ביציבות החומר הרגיל המוכר לנו.
• התוצאה מספקת כלי ניסויי רב-עוצמה לחקר הובלת מספר באריונים מהיקום הקדום, ומתקשרת לבעיית האסימטריה בין חומר לאנטי-חומר ביקום. בנוסף, היא תומכת בקיומם של מצבים אקזוטיים נוספים הצפויים על פי תורת הכרומודינמיקה הקוונטית (QCD), כגון כדורי גלואונים של באריוניום (baryonium glueballs) ומבנים גלואוניים דמויי 'באקיבול' .