Үдеткіштердің көмегімен зерттеушілер Ғаламның алғашқы сәттерінде болған процестерді қайта жасап, материя мен антиматерияның басымдығы, кварктардың құрылымы және бариондық санның сақталуы сияқты физиканың іргелі сұрақтарын түсінуге тырысады. Жақында RHIC коллайдеріндегі соқтығыстарды талдау бариондық санның кварктар арқылы емес, протон ішіндегі глюондық көпір арқылы тасымалданатынын дәлелдеді.

Бариондар және бариондық санның сақталу заңы

Бариондар — үш кварктан тұратын элементар бөлшектер, оларға протондар мен нейтрондар жатады. Бұл бөлшектер үшін бариондық санның сақталу заңы эмпирикалық түрде анықталған: жүйедегі бариондар саны антикварктардан құралған антибөлшектер мен кварктар санының айырмасымен анықталады. Бұл заңның қатаң теориялық негізі болмаса да, ол барлық бақылауларда расталған және Ғаламда материя антиматериядан көп болуымен байланысты.

Глюондар мен глюондық көпірдің рөлі

Бариондардың ішінде кварктардан бөлек, күшті өзара әрекеттесуді тасымалдайтын глюондар да бар. Кванттық хромодинамикаға сәйкес, протондағы глюондар Y-тәрізді құрылым — бариондық (глюондық) көпір құрайды. Бұл құрылымның бар екені жақында ғана тәжірибелік түрде дәлелденді.

Қазіргі көзқарастар бойынша, бариондық сан үш кварк арасында біркелкі бөлінеді деп есептеледі. Алайда 1990-жылдардан бастап бариондық санның тасымалдаушысы глюондық көпір болуы мүмкін деген гипотеза ұсынылды. Бұл гипотезаны тексеру қиын, себебі кварктар мен глюондарды жеке-жеке бақылау өте күрделі.

RHIC тәжірибелік деректері

RHIC ауыр иондар релативистік коллайдеріндегі STAR детекторында жүргізілген тәжірибелер нәтижесінде халықаралық физиктер тобы Y-тәрізді көпірдің бариондық сан тасымалдаушысы екенін көрсететін деректер ұсынды. Бұл нәтижелер Science ғылыми журналында жарияланды.

Коллайдердегі соқтығыстар кезінде сәулелер бағытына перпендикуляр ұшып шығатын бариондардың артық мөлшері тіркелді. Бұл құбылысты түсіндіру үшін бір протондағы үш кварктың да тоқтауы және олардың энергиясының жаңа бөлшектер түзуге жұмсалуы қажет болар еді. Алайда есептеулер басқа процестердің де әсер ететінін көрсетті: кварктар электр зарядын тасиды, ал көпір — тасымайды. Әртүрлі ядролық соқтығыстардағы бариондық сан мен электр зарядтарының қайта бөлінуін салыстыру нәтижесінде соқтығыстар тоқтаған кварктардың заряд өлшемдерінен екі есе көп барион түзетінін көрсетті.

Бариондардың түзілу механизмі

Жоғары энергияларда протон ішіндегі глюондар бөлініп, көбейеді, әрқайсысы протон энергиясының аз ғана бөлігін тасиды, ал кварктардың үлесі тұрақты қалады. STAR детекторы тобының деректеріне сәйкес, глюондық бариондық көпір энергетикалық тұрғыдан жеңіл болып, үш кваркқа қарағанда оңай тоқтайды. Көпір тоқтағаннан кейін кварктар коллайдерде қозғалысын жалғастырады. Кварктар мен глюондар жеке күйде болмайды және тез басқа бөлшектермен бірігеді: әр кварк антикваркпен қосылып мезон түзе алады, ал глюондық көпір вакуумнан үш жаңа кваркты тартып, олармен бірге барион құрайды. Шын мәнінде, бұл процесс әлдеқайда күрделі: жүздеген протон мен нейтроннан тұратын ядролардың соқтығысуы мыңдаған жаңа бөлшектердің түзілуіне әкеледі. Неғұрлым көп бөлшек пайда болса, байқалатын барион артықшылығы да соғұрлым жоғары болады.

Модельдерді салыстыру және болашақ зерттеулер

Тәжірибелік деректерді талдау олардың бариондық санды кварктар тасымалдайтын модельге қарағанда, глюондық көпір моделіне көбірек сәйкес келетінін көрсетті. 2000 жылдан 2026 жылға дейін коллайдерде жиналған деректер бариондық көпірдің бар екенін сенімді түрде дәлелдейді. Дегенмен, түпкілікті қорытынды жасау үшін басқа зерттеу топтарының тәуелсіз растауы қажет.