Что удерживает материю вместе. Физики нашли доказательства новой структуры протона
Физики получили одни из самых убедительных экспериментальных доказательств того, что барионное число протона может переноситься не тремя кварками, а глюонной структурой внутри частицы. Это может объяснить стабильность материи.
Об этом пишет издание Science Alert .
Протон считается стабильной частицей, а его неизменность связывают с сохранением так называемого барионного числа. Оно помогает отличать материю от антиматерии. До сих пор физики не могли точно определить, где именно внутри барионов — к которым относятся протоны и нейтроны — сосредоточено это число.
Традиционная модель предполагает, что его переносят три валентных кварка. Однако новое исследование приводит доводы в пользу иной версии. Согласно ей, ключевую роль играет так называемый барионный узел — Y-образная структура из глюонов.
Глюоны — это частицы, которые обеспечивают сильное взаимодействие и, по сути, связывают кварки внутри протонов и нейтронов. Идею о том, что именно глюонная структура может переносить барионное число, физики выдвинули еще в 1970-х годах. Однако экспериментально различить две модели было сложно, поскольку барионный узел связан с теми же тремя валентными кварками.
Чтобы проверить эти предположения, команда STAR Collaboration проанализировала результаты столкновений частиц на ускорителе RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США). Исследователи изучали несколько типов столкновений атомных ядер и сравнивали полученные данные с компьютерными моделями.
В одном из экспериментов ученые сравнивали столкновения ядер рутения и циркония. Валентные кварки обладают электрическим зарядом, тогда как барионный узел его не имеет. Благодаря этому физики могли отдельно проследить, как в зоне столкновения перемещаются электрический заряд и барионное число.
Выяснилось, что барионы продвигаются сквозь плотную и чрезвычайно высокоэнергетическую область столкновения дальше, чем электрический заряд. По словам исследователей, это согласуется с моделью, в которой барионное число переносится глюонным узлом, а не непосредственно заряженными кварками.
Кроме того, команда проанализировала столкновения фотонов с ядрами золота. Поскольку фотон не обладает барионным числом, его взаимодействие с ядром золота позволяет точнее проследить происхождение барионного числа у частиц, образующихся после столкновения.
Результаты также оказались ближе к предсказаниям моделей, учитывающих барионный узел, чем к моделям, основанным только на валентных кварках.
В то же время исследователи подчеркивают, что эта работа не является прямым доказательством данного механизма. Физик из Университета штата Миссисипи Вэньлян Ли отметил, что полученные данные указывают на возможную роль глюонов в переносе барионного числа, но не обеспечивают полностью контролируемого измерения самого процесса.
Этот вопрос важен не только для понимания строения протона. Механизм переноса барионного числа может помочь объяснить, как сильное взаимодействие формирует стабильную материю и почему во Вселенной оказалось значительно больше материи, чем антиматерии.
Физики планируют продолжить проверку этой модели в ходе новых экспериментов. В частности, в Брукхейвенской лаборатории готовят электрон-ионный коллайдер, который должен позволить более детально исследовать внутреннюю структуру протонов и других частиц.
На данный момент исследователи называют модель барионного узла наиболее согласующейся с полученными экспериментальными данными, однако для окончательного подтверждения необходимы новые измерения.