RHIC碰撞数据为“重子桥”存在提供新证据

8月18日消息，一个国际物理学家团队通过分析相对论重离子对撞机(RHIC)STAR探测器的核碰撞数据，提出了重子数可能并非由夸克直接携带，而是由质子内部胶子形成的“重子桥”传递的有力证据。相关论文已发表在《科学》杂志上。

Valerie A. Lentz，布鲁克海文国家实验室

重子包括质子和中子，通常被认为由三个夸克组成。在既有认识中，重子数被视为均匀分布在三个夸克之间。与此同时，质子内部还存在胶子，它们是强相互作用的载体。按照量子色动力学的描述，胶子可能在质子中形成类似Y形结构的“重子结”或“胶子桥”，但这一结构长期缺乏直接实验证据。

研究团队关注的是RHIC碰撞实验中一个持续出现的现象：在垂直于碰撞束方向的区域，实验记录到的重子数量高于预期。若按照传统模型解释，这意味着单个碰撞质子的三个夸克都必须在碰撞中“停止”运动，其能量随后转化为新粒子的产生。然而，研究人员将不同核碰撞中观测到的重子数与电荷重新分布情况进行比较后发现，碰撞产生的重子数量约为基于静止夸克电荷测量预期值的两倍。

团队由此提出另一种解释：夸克带有电荷，而胶子形成的桥状结构不带电荷。在高束流能量下，质子内部胶子会不断分裂和倍增，单个胶子携带的能量比例逐渐降低;相比之下，夸克不会以同样方式倍增，其能量贡献相对保持稳定。因此，由胶子构成的重子桥可能比质子中的三个夸克更容易在碰撞中停止。

按照这一模型，当重子桥在碰撞区停下后，夸克仍可继续沿对撞机方向运动。由于夸克和胶子不能单独存在，它们会迅速与其他粒子结合：夸克可与反夸克形成介子，而胶子桥则可能从真空中吸引三个新的夸克并形成新的重子。在实际核碰撞中，包含大量质子和中子的原子核相互碰撞，会产生数千个新粒子;实验显示，碰撞中产生的粒子越多，观测到的重子过量越明显。

论文作者认为，2000年至2026年间RHIC积累的相关数据，与胶子桥携带重子数的模型更加吻合，优于由夸克携带重子数的传统解释。不过，研究人员也强调，目前结果仍需其他团队独立验证。若后续研究进一步确认这一结论，将有助于加深物理学界对重子数守恒、强相互作用以及早期宇宙物质形成机制的理解。