Физики, работающие с данными детектора STAR на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), получили доказательства того, что барионное число протона могут переносить не только кварки, но и глюоны – частицы, связывающие кварки вместе. Это открытие, опубликованное в журнале Science, оспаривает фундаментальное положение стандартной модели физики элементарных частиц.
Барионное число – это сохраняющаяся в природе квантовая характеристика, которая объясняет исключительную стабильность протонов и, как следствие, существование материи в привычном нам виде. Согласно устоявшейся модели, оно приписывается трём основным, или «валентным», кваркам, из которых состоит протон, причём каждый кварк несёт одну треть этого числа.
Анализируя данные многолетних экспериментов на RHIC, который работал в Брукхейвенской национальной лаборатории с 2000 по 2026 год, учёные обратили внимание на аномалию. При столкновениях тяжёлых ионов детектор STAR стабильно фиксировал избыточное количество барионов (протонов и нейтронов), которые разлетались в стороны, перпендикулярно оси пучков.
В рамках традиционной модели такое явление объяснить сложно. Оно потребовало бы, чтобы все три валентных кварка одного из сталкивающихся протонов практически полностью остановились в точке взаимодействия, что крайне маловероятно на таких энергиях. Чтобы проверить гипотезу, физики сопоставили количество рождённых барионов с распределением электрического заряда, который также переносят кварки. Расчёты показали, что барионов образуется примерно вдвое больше, чем можно было бы ожидать, исходя из числа остановившихся кварков. Это указывало на существование иного механизма переноса барионного числа.
Таким механизмом может выступать так называемый «глюонный узел» – Y-образная структура из глюонов, которая связывает три валентных кварка. Идея о его существовании была высказана ещё в 1970-х годах. Согласно новой модели, при ускорении протона до околосветовых скоростей его импульс распределяется между множеством частиц, но глюонный узел несёт относительно небольшую его часть. Поэтому при столкновении остановить этот узел значительно проще, чем три быстро движущихся кварка.
Затормозивший в точке столкновения глюонный узел, по-видимому, «захватывает» из вакуума три новых кварка и образует новый барион, который и вылетает вбок, в то время как исходные валентные кварки продолжают движение почти без отклонений. Если выводы исследователей подтвердятся, это потребует пересмотра стандартной модели протона и углубит понимание природы барионного числа, сохранение которого связано с такими фундаментальными вопросами, как преобладание материи над антиматерией во Вселенной.
