Gluoni, non quark, potrebbero portare l'identità del protone

2. Collisioni fotone-oro

In collisioni ultra-periferiche dove un fotone proveniente da un nucleo d'oro colpisce un altro nucleo d'oro, l'esperimento ha misurato la 'resa netta di protoni' lungo la direzione del moto. L'asimmetria di rapidità era molto meno pronunciata di quanto produrrebbero i modelli che assumono un trasporto quarkonico, indicando ancora una volta un vettore diverso .

3. Rese nette di protoni nelle collisioni oro-oro

Analizzando le energie di collisione a RHIC, la pendenza dello 'stopping' netto di protoni è risultata esponenziale con un parametro adattato α_B = 0,61 ± 0,03, coerente con il trasporto della giunzione barionica dalla teoria di Regge e non con un trasporto basato sui quark .

Tutte e tre le misurazioni sono converge sulla stessa conclusione: i dati 'sfavoriscono il quadro dei quark di valenza' .

La giunzione barionica: un'ipotesi vecchia di 50 anni

L'idea che la topologia gluonica potesse trasportare il numero barionico fu proposta per la prima volta negli anni '70. In questo modello di 'giunzione barionica' o 'giunzione di stringa', una configurazione a Y del campo gluonico si trova al centro del protone e detiene l'intero numero barionico (B=1) pur non avendo carica elettrica .

I tre quark di valenza, in questa visione, non trasportano individualmente 1/3 del numero barionico ciascuno. Sono invece attaccati alla giunzione come rami a un tronco. Quando i protoni collidono ad alta energia, questa 'giunzione gluonica' viene fermata molto più facilmente dei quark ad alto momento – la sua energia viene convertita in nuovi barioni che si irradiano perpendicolarmente alla linea del fascio, mentre i quark stessi continuano in avanti .

Perché questo è importante per la comprensione della materia gluonica

La scoperta rimodella la fisica fondamentale in diversi modi:

• I gluoni come vettori di un numero quantico conservato: I gluoni non sono più solo la 'colla' che lega i quark. Possono servire come sede primaria di una proprietà quantistica conservata, dando alla materia gluonica un ruolo più diretto nella struttura della materia ordinaria .

• Indizi per l'asimmetria materia-antimateria: Il trasporto del numero barionico è un processo chiave nell'universo primordiale. Capire come il numero barionico viene trasportato – e fermato – fornisce una leva sperimentale potente per il problema dell'asimmetria materia-antimateria .

• Configurazioni QCD esotiche: Il risultato supporta l'esistenza teorica di stati esotici come le 'glueball' di barionio e le 'buckyball' gluoniche, configurazioni interamente costruite da gluoni che trasporterebbero il numero barionico senza alcun quark di valenza .

Cosa succederà dopo

Con lo smantellamento del rivelatore STAR in corso a RHIC, questi risultati saranno ulteriormente scrutinati. Il futuro Electron-Ion Collider (EIC) al Brookhaven, progettato per sondare la struttura gluonica della materia con dettagli ancora più fini, sarà in grado di testare queste scoperte con misure complementari .

Per ora, l'identità del protone sembra poggiare su un nodo a forma Y di puro campo gluonico – un promemoria che anche le particelle più familiari custodiscono ancora profonde sorprese.