فیزیکدانان ساختار پنهان گلوئون در پروتون‌ها را کشف کردند؛ یافته‌ای که می‌تواند کتاب‌های درسی را بازنویسی کند

فیزیکدانان ساختار پنهان گلوئون در پروتون‌ها را کشف کردند؛ یافته‌ای که می‌تواند کتاب‌های درسی را بازنویسی کند

فیزیکدانان ممکن است ویژگی پنهانی در داخل پروتون‌ها را کشف کرده باشند که به حفظ یکی از اساسی‌ترین خواص ماده کمک می‌کند. داده‌های جدید حاصل از برخورددهنده‌ی یون‌های سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهیون نشان می‌دهد که عدد باریونی - که یک عدد کوانتومی است که تفاوت بین تعداد کوارک‌ها و پادکوارک‌ها را تعیین می‌کند - نه تنها توسط سه کوارک تشکیل‌دهنده‌ی پروتون، بلکه توسط یک اتصال Y شکل از گلوئون‌هایی که آن‌ها را به هم متصل می‌کنند، حمل می‌شود.

این یافته که در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است، تصویر کتاب‌های درسی چند دهه‌ای را به چالش می‌کشد و می‌تواند درک ما را از چگونگی پایداری پروتون‌ها و در نهایت خود ماده عمیق‌تر کند.

پروتون‌ها، اجزای سازنده‌ی هسته‌های اتم‌ها هستند و به طور کلی به عنوان ذراتی پایدار در نظر گرفته می‌شوند. اما چرا پروتون‌ها تجزیه نمی‌شوند؟ پاسخ در یک ویژگی به نام عدد باریونی نهفته است. از آنجایی که پروتون‌ها دارای عدد باریونی غیر صفر هستند، نمی‌توانند به ذراتی با عدد باریونی صفر تجزیه شوند.

مدل استاندارد فیزیک ذرات، توضیح می‌دهد که پروتون‌ها از سه کوارک تشکیل شده‌اند که هر کدام دارای عدد باریونی 1/3 هستند. بنابراین، پروتون به طور کلی دارای عدد باریونی 1 است. با این حال، داده‌های جدید RHIC نشان می‌دهد که این تصویر ممکن است کامل نباشد.

محققان RHIC با برخورد دادن یون‌های طلا با سرعت‌های نزدیک به سرعت نور، پلاسما کوارک-گلوئون ایجاد کردند - حالتی از ماده که در آن کوارک‌ها و گلوئون‌ها آزادانه حرکت می‌کنند. با تجزیه و تحلیل الگوهای ذرات تولید شده در این برخوردها، آن‌ها توانستند شواهدی از یک ساختار پنهان در داخل پروتون‌ها کشف کنند.

این ساختار به شکل یک اتصال Y شکل از گلوئون‌ها است که سه کوارک را به هم متصل می‌کند. محققان معتقدند که این اتصال Y شکل، مسئول حمل بخش قابل توجهی از عدد باریونی پروتون است.

«این یافته بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا نشان می‌دهد که درک ما از ساختار پروتون‌ها هنوز کامل نیست»، می‌گوید دکتر آکاش سینگ، فیزیکدان در آزمایشگاه ملی بروکهیون و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه. «این می‌تواند منجر به یک تغییر اساسی در نحوه‌ی تفکر ما در مورد ماده و نیروهای بنیادی شود.»

محققان در حال حاضر در حال انجام آزمایش‌های بیشتری برای تأیید این یافته و بررسی پیامدهای آن هستند. آن‌ها امیدوارند که این یافته بتواند به آن‌ها در درک بهتر پایداری ماده و تکامل جهان کمک کند.