Физики представили сильные свидетельства существования барионной перемычки

Барионы — это элементарные частицы, состоящие из трех кварков, к которым относятся протон и нейтрон. Для них действует закон сохранения барионного числа: количество барионов в системе зависит от разности числа кварков и антикварков. Этот закон не имеет строгого теоретического обоснования, но работает для всех наблюдаемых процессов и связан с тем, что во Вселенной больше материи, чем антиматерии.

Внутри барионов помимо кварков есть глюоны — частицы-переносчики сильного взаимодействия. Согласно квантовой хромодинамике, глюоны образуют в протоне Y-образный узел, называемый барионной или глюонной перемычкой. До сих пор ее существование не было подтверждено экспериментально, а физики полагали, что барионное число равномерно распределено между тремя кварками.

Что показал эксперимент на RHIC

Ученые, работающие на детекторе STAR, анализировали данные столкновений тяжелых ионов, собранные с 2000 по 2026 год. Они постоянно наблюдали избыток барионов, вылетающих перпендикулярно направлению пучков. Такой процесс требует, чтобы все три кварка одного протона «остановились» и их энергия пошла на создание новых частиц.

Физики сравнили барионное число с перераспределением электрических зарядов в тех же столкновениях. Кварки несут электрический заряд, а перемычка — нет. Оказалось, что столкновение генерирует в два раза больше барионов, чем можно было бы ожидать, исходя из измерений зарядов остановившихся кварков.

Модель глюонной перемычки

Команда STAR предположила, что состоящая из глюонов барионная перемычка становится энергетически легкой и останавливается гораздо проще, чем три кварка. Когда перемычка останавливается, кварки продолжают движение. Кварки и глюоны не могут существовать по отдельности, поэтому они немедленно объединяются с другими частицами: каждый кварк может образовать мезон с антикварком, а глюонная перемычка притягивает три новых кварка из вакуума и формирует барион.

Авторы работы показали, что экспериментальные данные лучше согласуются с моделью глюонной перемычки, чем с моделью, где барионное число несут кварки. Они уверены, что собранные данные служат убедительным подтверждением существования барионной перемычки, однако подчеркивают необходимость независимого подтверждения другими исследовательскими группами.