«Мы впервые напрямую измерили тремя разными путями “вклад” кварков в фундаментальные характеристики протонов. Эти замеры в целом не согласуются с классической кварковой моделью, отводящей центральную роль трем кваркам в определении барионного числа протонов и других частиц, и при этом они хорошо согласуются с альтернативной теорией, связывающей свойства протонов с глюонами», — говорится в исследовании.
К такому выводу пришла группа физиков под руководством ведущего научного сотрудника Брукхевенской национальной лаборатории (США) Жуаня Лицзюаня при проведении серии экспериментов на ускорителе частиц RHIC. Он был построен на территории этой лаборатории в 2000 году для наблюдений за столкновениями тяжелых ионов и разгадки одной из главных физических загадок Вселенной — причину отсутствия в ней значимых запасов антиматерии.
Недавно физики применили этот ускоритель частиц для поиска ответов на еще одну «вечную» задачу — изучения внутренней структуры протона. Долгое время ученые считали, что протоны и прочие частицы-барионы состоят из трех кварков, взаимодействия между которыми стабилизируют эти частицы и придают характерные для них физические свойства. Еще в 1980 годах исследователи обнаружили свидетельства наличия других кварков и сил, которые заставляют характеристики протонов отклоняться от предсказаний теоретиков.
Секрет внутреннего устройства протона
Эти открытия породили массу споров о том, как много кварков присутствует в протонах и как они влияют на их свойства. В частности, многие ученые сейчас предполагают, что фундаментальные характеристики протонов определяются не «тройкой» его основных кварков, а так называемым «барионным узлом». Так физики называют Y-образную структуру из глюонов, которая соединяет три кварка и влияет на барионное число, а также все остальные отличительные свойства протона.
Для проверки этой гипотезы Жуань Лицзюань и ученые измерили барионное число протона тремя разными способами, в рамках которых ученые сталкивали друг с другом частицы света и ядра атомов золота, а также ионы этого металла. Это позволило физикам «разделить» возможное влияние кварков и глюонов на свойства разрушенных протонов, отслеживая то, как менялись свойства частиц, возникающих при лобовых и касательных столкновениях ядер атомов золота.
Данные замеры раскрыли аномалии в характере передачи барионного числа между «осколками» протонов, которые нельзя было объяснить при помощи классической кварковой модели, но которые при этом полностью соответствовали теории «барионного узла». Последующие опыты на обновленном БАК, а также на строящемся электронно-позитронном коллайдере EIC, помогут подтвердить это открытие, а также уточнить роль глюонов в определении фундаментальных свойств протона, подытожили ученые.