Мир состоит не из того, что мы думали: физики обнаружили скрытый узел внутри протонов

Международная группа физиков представила данные, указывающие на то, что носителем барионного числа является глюонная перемычка — Y-образный узел внутри протонов и нейтронов. Исследование основано на анализе данных столкновений тяжелых ионов на коллайдере RHIC, и оно позволяет уточнить механизм распределения материи в системе, хотя выводы требуют независимой проверки.

Что такое барионная перемычка

Барионы (протоны и нейтроны) состоят из трех кварков. В физике действует закон сохранения барионного числа, который определяет количество материи в системе относительно антиматерии. Теоретического обоснования этот закон не имеет, но он подтверждается всеми наблюдениями.

Помимо кварков, внутри барионов находятся глюоны — частицы, переносящие сильное взаимодействие. Согласно квантовой хромодинамике, они формируют Y-образный узел, называемый барионной или глюонной перемычкой. Долгое время считалось, что барионное число распределено между тремя кварками равномерно, однако с 1990-х годов возникло предположение, что именно перемычка является его фактическим носителем.

Как проверяли гипотезу

Для проверки этой идеи физики использовали детектор STAR в релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Объектом исследования стали столкновения ядер, в результате которых частицы вылетают перпендикулярно направлению пучков. Чтобы такой процесс произошел по традиционной модели, все три кварка одного протона должны одновременно "остановиться", чтобы их энергия пошла на создание новых частиц.

Исследователи применили метод сравнительного анализа: они сопоставили количество барионов с перераспределением электрических зарядов в тех же столкновениях. Это было необходимо, так как кварки обладают зарядом, а глюонная перемычка — нет.

Анализ данных и модель

В ходе анализа выяснилось, что столкновения генерируют в два раза больше барионов, чем предсказывает модель с "остановкой" заряженных кварков. Это заставило авторов рассмотреть альтернативный механизм.

При высоких энергиях глюоны внутри протона размножаются, и каждый из них несет все меньшую долю энергии. В результате глюонная перемычка становится "легкой" и останавливается в точке столкновения гораздо проще, чем массивные кварки. Когда перемычка фиксируется на месте, она притягивает три новых кварка из вакуума, образуя новый барион, в то время как исходные кварки продолжают движение.

Сравнение показывает, что данные, собранные с 2000 по 2026 год, лучше согласуются с моделью перемычки.

Границы вывода и ограничения

Несмотря на высокую степень согласованности данных с теорией, работа не дает прямого визуального подтверждения структуры Y-узла, так как наблюдать глюоны по отдельности невозможно. Результат основан на статистическом избытке частиц и косвенных признаках (разнице между зарядом и барионным числом).

Авторы статьи в журнале Science подчеркивают: полученные свидетельства являются сильными, но требуют независимого подтверждения другими группами исследователей. До этого момента вывод остается интерпретацией экспериментальных данных в рамках конкретной теоретической модели.

Работа добавляет весомый аргумент в пользу теории глюонной перемычки как носителя барионного числа, что может изменить понимание структуры материи. Однако главным ограничением остается невозможность прямой фиксации узла. Для окончательного подтверждения потребуются дополнительные тесты на других типах детекторов или при иных энергиях столкновений.