Gluony, a nie kwarki, mogą nieść tożsamość protonu

2. Zderzenia foton-zioto

W ultraperyferyjnych zderzeniach, gdzie foton z jednego jądra złota uderza w drugie jądro złota, eksperyment zmierzył „wydajność netto-protonów” wzdłuż kierunku ruchu. Asymetria szybkości była znacznie mniej wyraźna, niż przewidywałyby modele zakładające transport kwarkowy, co ponownie wskazuje na innego nośnika .

3. Wydajność netto-protonów w zderzeniach złoto-złoto

W zakresie energii zderzeń w RHIC nachylenie zatrzymywania netto-protonów zmierzono jako wykładnicze z dopasowanym parametrem α_B = 0,61 ± 0,03, co jest zgodne z transportem skrzyżowania barionowego z teorii Reggego, a nie z transportem opartym na kwarkach .

Wszystkie trzy pomiary zbiegły się do tego samego wniosku: dane „nie faworyzują obrazu kwarków walencyjnych” .

Skrzyżowanie barionowe: hipoteza sprzed 50 lat

Idea, że topologia gluonowa może przenosić liczbę barionową, została po raz pierwszy zaproponowana w latach 70. XX wieku. W tym modelu „skrzyżowania barionowego” (baryon junction lub string junction) Y-kształtna konfiguracja pola gluonowego znajduje się w centrum protonu i przechowuje całą liczbę barionową (B=1), nie niosąc przy tym żadnego ładunku elektrycznego .

Zgodnie z tą koncepcją, trzy kwarki walencyjne nie przenoszą indywidualnie po 1/3 liczby barionowej. Zamiast tego są przymocowane do skrzyżowania jak gałęzie do pnia. Kiedy protony zderzają się przy wysokiej energii, to właśnie to „skrzyżowanie gluonowe” jest zatrzymywane znacznie łatwiej niż wysokoenergetyczne kwarki – jego energia zamieniana jest na nowe bariony, które rozpryskują się prostopadle do wiązki, podczas gdy same kwarki kontynuują lot do przodu .

Dlaczego to jest ważne dla szerszego zrozumienia materii gluonowej?

Odkrycie przekształca podstawy fizyki na kilka sposobów:

• Gluony jako nośniki zachowanej liczby kwantowej: Gluony nie są już jedynie „klejem” wiążącym kwarki. Mogą służyć jako główne źródło zachowanej właściwości kwantowej, co daje materii gluonowej bardziej bezpośrednią rolę w strukturze zwykłej materii .

• Wskazówki dotyczące asymetrii materia-antymateria: Transport liczby barionowej jest kluczowym procesem we wczesnym wszechświecie. Zrozumienie, w jaki sposób liczba barionowa jest przenoszona – i zatrzymywana – dostarcza silnego narzędzia eksperymentalnego do rozwiązania problemu asymetrii materia-antymateria .

• Egzotyczne konfiguracje QCD: Wynik potwierdza teoretyczne istnienie egzotycznych stanów, takich jak barionowe gluebale i gluonowe „buckyballe” – konfiguracje zbudowane wyłącznie z gluonów, które niosłyby liczbę barionową bez żadnych kwarków walencyjnych .

Co dalej?

Wraz z demontażem detektora STAR w RHIC, wyniki te będą dalej analizowane. Nadchodzący Zderzacz Elektron-Jon (EIC) w Brookhaven, zaprojektowany do badania struktury gluonowej materii z jeszcze większą dokładnością, będzie w stanie przetestować te odkrycia za pomocą pomiarów uzupełniających .

Na razie tożsamość protonu wydaje się spoczywać na Y-kształtnym węźle czystego pola gluonowego – co jest przypomnieniem, że nawet najbardziej znane cząstki wciąż kryją głębokie niespodzianki.