Gdzie kryje się tożsamość protonu? Gluonowe „Y” zaskakuje fizyków

Nowe wyniki współpracy STAR w RHIC, opublikowane w czasopiśmie Science, dostarczają pierwszych eksperymentalnych dowodów na to, że liczba barionowa protonu nie jest przenoszona przez jego trzy kwarki walencyjne, ale przez Y-kształtne „złącze gluonowe” – nieperturbacyjną, topologiczną konfigurację pola gluonowego .

• Trzy niezależne pomiary – zderzenia izobarów (Ru+Ru vs. Zr+Zr), zderzenia fotonów ze złotem (γ+Au) oraz pomiary netto-protonów w zderzeniach Au+Au – wszystkie wykazały znacznie silniejszy transport barionów do środkowej szybkości (mid-rapidity), niż przewidywałoby to model, w którym kwarki walencyjne niosą liczbę barionową indywidualnie .
• Dane bezpośrednio podważają tradycyjny obraz, w którym każdy kwark walencyjny niesie B=1/3. Zamiast tego potwierdzają hipotezę „złącza barionowego” (baryon junction) zaproponowaną w latach 70. XX wieku, w której to właśnie gluonowe złącze samo w sobie niesie pełną liczbę barionową (B=1) i zerowy ładunek elektryczny .
• Podczas zderzeń to właśnie gluonowe złącze jest zatrzymywane znacznie łatwiej niż wysokoenergetyczne kwarki walencyjne; jego energia przekształcana jest w nowe bariony, które rozlatują się prostopadle do osi wiązki, podczas gdy kwarki kontynuują swój bieg do przodu .

Szersze znaczenie dla materii gluonowej

• Odkrycie zmienia fundamentalne rozumienie, w jaki sposób liczba barionowa – zachowana własność kwantowa odróżniająca materię od antymaterii – jest zakodowana w strukturze hadronów .
• Wynika z niego, że gluony nie tylko wiążą kwarki; mogą służyć jako główne źródło zachowanej liczby kwantowej, nadając materii gluonowej bardziej bezpośrednią rolę w stabilności zwykłej materii.
• Wynik dostarcza również silnego eksperymentalnego narzędzia do badania transportu liczby barionowej z wczesnego Wszechświata, co ma znaczenie dla problemu asymetrii materia-antymateria. Ponadto wspiera istnienie egzotycznych konfiguracji, takich jak barionowe glueballe i gluonowe „buckyballe” (od ang. buckyballs, czyli fulerenów, ze względu na podobieństwo struktury) przewidziane przez chromodynamikę kwantową (QCD) .