Ученые, работающие с ускорителями частиц, имитируют процессы, происходившие в первые мгновения формирования Вселенной.
Эти эксперименты направлены на решение ключевых вопросов современной физики: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из более мелких частиц и как сохраняется барионное число. Недавно анализ данных, полученных на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), предоставил сильные свидетельства того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Барионы — это элементарные частицы, состоящие из трех кварков. Протон и нейтрон являются примерами барионов. Физики эмпирически установили, что для барионов действует закон сохранения барионного числа: количество барионов в системе зависит от разности между числом кварков и антикварков. Этот закон, хотя и не имеет теоретического обоснования, успешно объясняет наблюдаемые физические процессы и объясняет, почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии.
Внутри барионов, помимо кварков, находятся глюоны — частицы, отвечающие за сильное взаимодействие. Согласно квантовой хромодинамике, глюоны образуют Y-образный узел внутри протона, который называется барионной (глюонной) перемычкой. До недавнего времени ее существование оставалось недоказанным.
С 1990-х годов ученые предполагали, что барионное число может переноситься глюонной перемычкой, а не кварками. Однако проверить эту гипотезу было сложно из-за трудностей в наблюдении отдельных кварков и глюонов.
Международная группа физиков, работающая на детекторе STAR на коллайдере RHIC, представила доказательства того, что именно глюонная перемычка является носителем барионного числа. Их исследование было опубликовано в журнале Science.
В ходе экспериментов ученые наблюдали избыток барионов, вылетающих перпендикулярно направлению сталкивающихся пучков. Это явление могло бы произойти, если бы все три кварка одного протона остановились, передав свою энергию на создание новых частиц. Однако расчеты показали, что такое объяснение не соответствует наблюдаемым данным.
Физики сравнили барионное число, наблюдаемое при различных типах ядерных столкновений, с перераспределением электрических зарядов. Они обнаружили, что столкновение генерирует в два раза больше барионов, чем можно было бы ожидать, исходя из распределения зарядов остановившихся кварков. Это заставило исследователей искать другие объяснения.
При высоких энергиях глюоны внутри протона разделяются и размножаются, каждый из них несет все меньшую долю энергии. Кварки, напротив, не размножаются, и их вклад остается постоянным. Барионная перемычка, состоящая из глюонов, становится энергетически легкой и останавливается быстрее, чем три кварка. Когда перемычка останавливается, кварки продолжают движение в коллайдере. Кварки и глюоны не могут существовать в отдельности и немедленно объединяются с другими частицами.
Каждый кварк может соединиться с антикварком, образуя мезон, а глюонная перемычка притягивает три новых кварка из вакуума, образуя барион. В действительности процесс более сложен: столкновения ядер, состоящих из сотен протонов и нейтронов, создают тысячи новых частиц. Чем больше частиц образуется, тем больше барионов наблюдается.
Авторы исследования показали, что экспериментальные данные лучше согласуются с моделью глюонной перемычки, чем с моделью, предполагающей, что барионное число переносится кварками. Они считают, что данные, собранные с 2000 по 2026 год на коллайдере, убедительно подтверждают существование барионной перемычки. Однако ученые подчеркивают, что их работа требует независимой проверки со стороны других исследовательских групп.
20 августа 2026, 20:41 | Просмотры: 21
Добавить новый комментарий
1 комментарий
