Эксперименты на коллайдере RHIC продемонстрировали, что барионное число протона передаётся иначе, чем предполагала кварковая модель, что подтверждает многолетнюю гипотезу о глюонной структуре внутри барионов
15 августа 2026, 19:30Наука и космосDarth Sahara0
Физики из коллаборации STAR получили новые экспериментальные данные, подтверждающие теорию, согласно которой кварки внутри протона удерживаются особой глюонной структурой — барионным узлом (baryon junction). Это исследование также способствует пониманию происхождения одного из основных свойств протонов — барионного числа, которое отличает материю от антиматерии и связано с одним из главных вопросов современной физики: почему наблюдаемая Вселенная почти полностью состоит из материи, несмотря на то, что в ранней Вселенной материя и антиматерия должны были возникнуть одновременно.
Протоны и нейтроны являются барионами — составными частицами, из которых формируются атомные ядра. Внутри них находятся кварки, а взаимодействие между кварками обеспечивают глюоны — переносчики сильного взаимодействия. Долгое время протон можно было упрощённо рассматривать как систему из 3 кварков, однако существовала и более сложная модель, в которой эти кварки связаны барионным узлом — конфигурацией глюонного поля. В таком описании свойства протона определяются не только кварками, но и структурой поля, связывающего их.
Ключевым является вопрос о барионном числе — сохраняющемся квантовом числе, которое характеризует барионы. Для него учитывают количество кварков и антикварков: в данном описании барионное число определяется как одна треть разности между количеством кварков и антикварков. Положительное значение соответствует обычной материи, отрицательное — антиматерии. Традиционная модель связывает это число непосредственно с 3 кварками протона. Альтернативная теория предполагает, что его переносит глюонное поле барионного узла. До этой работы не было экспериментальных данных, позволяющих различить эти подходы.
Проверить гипотезу физики смогли на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк. Установка состоит из двух кольцевых вакуумных каналов с общей длиной окружности около 4 км и сверхпроводящих магнитов, которые разгоняют тяжёлые ионы до скоростей, близких к скорости света. Коллаборация STAR использует детектор для изучения столкновений частиц и кварк-глюонной плазмы — состояния вещества, которое существовало на ранних этапах эволюции Вселенной.
В экспериментах физики исследовали столкновения фотонов с ядрами золота, а также периферические и лобовые столкновения тяжёлых ионов. Они отслеживали барионное число протонов в событиях, где частицы распадались, и анализировали его перенос отдельно от электрического заряда. Результат во всех исследованных случаях совпадал с предсказаниями модели барионного узла: характер переноса барионного числа и расстояние, на которое оно перемещалось, не соответствовали ожиданиям простой кварковой модели. Особенно примечательно, что барионное число переносилось легче, чем электрический заряд. Согласно резюме авторов работы, это указывает на то, что кварки сами по себе не могут полностью объяснить наблюдаемое поведение, и что значительная роль принадлежит связанной с ними глюонной структуре.
Авторы связывают результат не только с устройством протона, но и с более широкой «проблемой происхождения преобладания материи над антиматерией во Вселенной». Новые измерения предоставляют экспериментальную поддержку теории, существующей уже несколько десятилетий, однако сами по себе не объясняют всю природу этого дисбаланса. Будущие эксперименты должны проверить наблюдаемое поведение барионного числа и помочь определить, какие другие свойства протонов связаны с их скрытой глюонной структурой.
Источники:ScienceНаука и космос0Физика элементарных частицАнтиматерияКваркиГлюоныПротоныКоллайдер RHIC29 минут назад
Источник