Исследование коллаборации STAR указывает на возможную роль глюонной структуры в сохранении барионного числа — фундаментального квантового свойства материи. Учёные предполагают, что его может переносить не только три основных кварка протона, но и соединяющий их Y-образный «узел» из глюонов. Работа опубликована в журнале Science, о результатах сообщает SciTechDaily.
Данные получили в ходе столкновений частиц на коллайдере RHIC, который работал в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США с 2000 года до начала 2026 года. Барионное число связывают с общим количеством частиц, состоящих из трёх кварков, включая протоны и нейтроны. По традиционной модели, каждый из трёх валентных кварков протона несёт одну треть его барионного числа, равного плюс единице.
Идея о существовании глюонного, или барионного, узла появилась в 1970-х годах. В 1996 году физик Дмитрий Харзеев предположил, что эта конфигурация может не просто соединять кварки, а переносить барионное число. «Традиционно учёные предполагали, что каждый из трёх основных “валентных” кварков внутри протона или нейтрона несёт одну треть барионного числа», — сказал профессор Университета Кентского штата и сотрудник Брукхейвенской лаборатории Чжанбу Сюй.
Ключом к проверке гипотезы стало сравнение барионного числа с электрическим зарядом, который валентные кварки точно переносят. Анализ показал, что в направлении, перпендикулярном пучкам, возникает примерно вдвое больше барионов, чем можно было бы объяснить числом остановившихся кварков. По словам профессора Университета науки и технологий Китая Цзэбо Тана, измерение электрического заряда позволяет определить, сколько кварков остановилось и превратилось в новые частицы.
Исследователи считают, что во время столкновения глюонный узел может остановиться, тогда как быстро движущиеся валентные кварки продолжают лететь вдоль пучка. После этого Y-образная структура способна притянуть из вакуума три новых кварка и сформировать барион, а отдельные кварки могут объединиться с антикварками в мезоны. При ускорении протона число глюонов растёт, поэтому каждый из них несёт меньшую долю импульса, тогда как валентные кварки сохраняют значительную часть движения вперёд.
Сохранение барионного числа важно не только для экспериментов RHIC. Оно связано со стабильностью атомных ядер и протонов, а также с вопросом, почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии. «Причины этого сохранения пока недостаточно понятны. Это одна из загадок Вселенной, связанная с тем, почему материи больше, чем антиматерии», — сказала физик STAR Николь Льюис. В столкновениях с большим числом рождающихся частиц учёные также наблюдали повышенный избыток барионов в центральной области, что, по их оценке, поддерживает гипотезу о существовании и значении барионного узла.