Las mediciones de la colaboración STAR sugieren que una propiedad cuántica definitoria de los protones podría residir en los gluones que unen sus quarks, y no en los propios quarks. El resultado, publicado el 13 de agosto en Science y difundido por Science News, halló que los patrones de partículas de colisiones nucleares de alta energía favorecen una estructura neutra de gluones con forma de Y, llamada unión bariónica, como portadora del número bariónico. Los autores y físicos independientes recalcaron que la evidencia es importante, aunque todavía no definitiva.
El número bariónico distingue a protones y neutrones, que tienen un valor de 1, de los antibariones, con un valor de menos 1. Su conservación en todas las reacciones observadas ayuda a explicar por qué los protones no se desintegran y por qué perduran los átomos. La explicación convencional asigna un tercio de ese número a cada uno de los tres quarks de valencia del protón. La propuesta rival, formulada hace décadas, asigna el número completo a la unión formada por gluones, los portadores de la fuerza fuerte que mantiene unidos a los quarks.
STAR puso a prueba ambas imágenes en el Colisionador Relativista de Iones Pesados del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Nueva York. La colaboración analizó unos 2.000 millones de choques de rutenio 96 y otros 2.000 millones de zirconio 96, registrados en 2018 a 200.000 millones de electronvoltios por par de nucleones. Ambos núcleos tienen número de masa 96, pero el rutenio posee 44 protones y el zirconio 40. Esa diferencia permitió comparar el transporte del número bariónico con el de la carga eléctrica cerca del punto medio de los haces, bajo condiciones de detección casi idénticas.
En el 10 por ciento de las colisiones más centrales, la razón medida entre transporte bariónico y transporte de carga, ajustada por la diferencia nuclear, fue de 1,84, con incertidumbres estadística, sistemática y de estimación de neutrones de 0,02, 0,09 y 0,16. Una imagen sencilla basada en quarks de valencia predice un valor próximo a 1, mientras que el modelo de transporte UrQMD sin uniones bariónicas dio valores de 0,5 a 0,7. El artículo de STAR explica que las uniones de gluones de bajo momento deberían detenerse cerca del centro con mayor facilidad que los quarks de valencia, que conservan una fracción mayor del momento del protón entrante.
La colaboración también empleó interacciones fotón-oro a una energía de 54.400 millones de electronvoltios y datos anteriores de oro-oro como comprobaciones independientes. La distribución neta de protones en los sucesos fotón-oro presentó una pendiente exponencial de rapidez de 1,04 más o menos 0,22, mientras que las mediciones oro-oro a varias energías promediaron 0,64 más o menos 0,05. Ambas cifras son compatibles con el intervalo de 0,42 a 1 previsto por el marco de la unión, aunque los autores señalaron que las mediciones actuales no resuelven toda dependencia de las condiciones de colisión y que aún deben estudiarse teorías alternativas.
Los físicos independientes citados por Science News ofrecieron valoraciones prudentes. Spencer Klein, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, indicó que el trabajo demuestra por primera vez que los experimentos pueden distinguir las dos imágenes. Chun Shen, de la Universidad Estatal Wayne, consideró que la evidencia favorece con fuerza la interpretación de la unión, pero aún no constituye una demostración decisiva; Zi-Wei Lin, de la Universidad East Carolina, sostuvo que las descripciones de quarks y de unión podrían ser compatibles. STAR afirmó que futuras mediciones en el Colisionador de Electrones e Iones previsto en Brookhaven podrían cartografiar directamente la distribución del número bariónico en los núcleos y ampliar el legado de RHIC tras sus últimas colisiones en febrero.
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