Le misure della collaborazione STAR suggeriscono che una proprietà quantistica essenziale dei protoni possa risiedere nei gluoni che legano i quark, e non nei quark stessi. Il risultato, pubblicato il 13 agosto su Science e illustrato da Science News, indica che le particelle prodotte nelle collisioni nucleari ad alta energia sono più compatibili con una struttura neutra di gluoni a forma di Y, chiamata giunzione barionica, quale portatrice del numero barionico. L'evidenza è già importante, però i ricercatori e i fisici indipendenti precisano che non è ancora una prova definitiva.
Il numero barionico è la proprietà che distingue protoni e neutroni, con valore 1, dagli antibarioni, con valore meno 1. Perciò la sua conservazione in ogni reazione osservata aiuta a spiegare perché i protoni non decadono spontaneamente e perché gli atomi ordinari possono durare. L'interpretazione tradizionale attribuisce un terzo del numero a ciascuno dei tre quark di valenza del protone. La possibilità alternativa, proposta già decenni fa, assegna l'intero numero alla giunzione formata dai gluoni, i mediatori della forza forte che tiene uniti i quark.
STAR ha verificato le due descrizioni al Relativistic Heavy Ion Collider del Brookhaven National Laboratory, nello Stato di New York. La collaborazione ha analizzato circa 2 miliardi di collisioni di rutenio 96 e 2 miliardi di collisioni di zirconio 96, registrate nel 2018 a 200 miliardi di elettronvolt per coppia di nucleoni. Entrambi i nuclei hanno numero di massa 96, però il rutenio ha 44 protoni e lo zirconio 40. Così è stato possibile confrontare il trasporto del numero barionico con quello della carica elettrica vicino al centro dei fasci, in condizioni di rivelazione quasi identiche.
Nel 10 per cento delle collisioni più centrali, il rapporto misurato tra trasporto barionico e trasporto di carica, corretto per la differenza nucleare, è risultato pari a 1,84. Le incertezze statistica, sistematica e legata alla stima dei neutroni sono rispettivamente 0,02, 0,09 e 0,16. L'ipotesi più tradizionale sui quark di valenza prevede perciò un valore vicino a 1, mentre il modello di trasporto UrQMD privo di giunzioni barioniche dà valori fra 0,5 e 0,7. Secondo STAR, le giunzioni di gluoni a basso impulso possono fermarsi più facilmente al centro, poiché i quark di valenza conservano una quota maggiore dell'impulso iniziale del protone.
La collaborazione ha utilizzato anche interazioni fotone-oro a 54,4 miliardi di elettronvolt e precedenti dati oro-oro come verifiche indipendenti. La distribuzione netta dei protoni negli eventi fotone-oro ha una pendenza esponenziale di rapidità pari a 1,04 più o meno 0,22; le misure oro-oro a varie energie hanno una media di 0,64 più o meno 0,05. Entrambe sono perciò compatibili con l'intervallo da 0,42 a 1 previsto dalla giunzione. Gli autori chiariscono però che le misure attuali non possono risolvere ogni dipendenza dalle condizioni di collisione e che sarà già necessario studiare teorie alternative.
I fisici indipendenti citati da Science News hanno espresso valutazioni prudenti. Spencer Klein del Lawrence Berkeley National Laboratory afferma che, per la prima volta, l'esperimento può distinguere le due descrizioni. Chun Shen della Wayne State University ritiene che l'evidenza favorisca fortemente la giunzione, però non è ancora una dimostrazione decisiva; Zi-Wei Lin della East Carolina University sostiene che le descrizioni dei quark e della giunzione possano però essere compatibili. STAR prevede che il futuro Electron-Ion Collider di Brookhaven potrà mappare direttamente la distribuzione del numero barionico nei nuclei, così l'attività scientifica proseguirà oltre le ultime collisioni di RHIC avvenute a febbraio.
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