Il-ħabtiet ta’ STAR jisfidaw mudelli tal-proton bil-kwarks biss

Meta żewġ nuklei atomiċi jaħbtu b’enerġija biżżejjed, il-kwarks ġewwa l-protoni tagħhom iferrxu ma’ xulxin. Il-proprjetà fiżika li tidentifika partiċella bħala proton jew newtron, imsejħa numru barjoniku, qatt ma tista’ tintilef, u għalhekk trid tmur x’imkien. F’żewġ testijiet ippubblikati fi Science fit-13 ta’ Awwissu 2026, il-Kollaborazzjoni STAR f’aċċelleratur tal-partiċelli fl-Istati Uniti sabet li din ma tivvjaġġax kif ibassru l-mudelli li jorbtuha mal-kwarks li jidħlu fil-ħabta (Science). Fis-6 ta’ Ottubru, Nature sejħet dan ix-xogħol l-aktar evidenza sperimentali b’saħħitha s’issa li n-numru barjoniku jista’ jivvjaġġa bi struttura fil-kamp tal-gluwoni (Nature).

Reġistru li dejjem jibbilanċja

Aħseb fin-numru barjoniku bħala reġistru li jrid jibbilanċja wara kull tranżazzjoni, tkun kemm tkun vjolenti. Proton jew newtron jgħodd bħala +1, antiproton bħala −1, u kull kwark bħala terz; għalhekk it-tliet kwarks kostitwenti ta’ proton jammontaw eżattament għal wieħed (Science). B’kontijiet daqshekk puliti, il-kwarks jidhru bħala dawk li ovvjament iġorru din il-karatteristika.

Il-gluwoni, il-partiċelli li jġorru l-forza qawwija, iżommu l-kwarks flimkien, bħallikieku ħbula elastiċi kienu qed iżommu tliet boċċi tal-ħġieġ magħqudin. Il-kamp tal-gluwoni li jgħaqqad it-tliet kwarks ta’ proton jista’ jitfisser bħala tliet ħjut li jiltaqgħu f’punt wieħed, bħall-ittra Y (Brookhaven).

Xi teoristi jsostnu li n-numru barjoniku jappartjeni lil dak il-punt fejn jiltaqgħu l-ħjut, imsejjaħ junction, u mhux lill-kwarks fit-truf tagħhom. Jekk għandhom raġun, ħabta tista’ tibgħat il-karatteristika f’direzzjoni waħda u l-kwarks oriġinali f’oħra.

L-użu taċ-ċarġ bħala traċċatur

Diffiċli tiddistingwi bejn dawn iż-żewġ spjegazzjonijiet, għax id-dirgħajn tal-junction dejjem jispiċċaw fuq kwarks. STAR hija kollaborazzjoni kbira li tinkludi diversi universitajiet Ewropej (PubMed). Hija użat iċ-ċarġ elettriku bħala indikatur, għax il-kwarks iġorru ċarġ u l-gluwoni ma jġorru ebda wieħed.

It-tim qabbel ħabtiet bejn żewġ nuklei li kważi huma tewmin. Ruthenium-96 u zirconium-96 kull wieħed fihom 96 nukleon (protoni u newtroni) b’kollox, iżda r-ruthenium għandu 44 proton filwaqt li ż-żirkonju għandu 40. Fl-2018, STAR irreġistrat madwar żewġ biljun ħabta ta’ kull tip (STAR). In-numru barjoniku li jidħol fil-ħabta huwa l-istess u ċ-ċarġ biss ivarja; għalhekk għandha tidher kull diskrepanza bejn fejn jaslu l-partiċelli li jġorru n-numru barjoniku u fejn jasal iċ-ċarġ.

Imbagħad STAR kejlet żewġ differenzi bejn iż-żewġ tipi ta’ ħabta: il-bidla fin-numru barjoniku li wasal fiċ-ċentru tal-ħabta, u l-bidla fiċ-ċarġ li wasal hemm. Aġġustat l-iskala tal-paragun sabiex, jekk in-numru barjoniku jiċċaqlaq biss mal-kwarks li jidħlu fil-ħabta, ir-riżultat ikun eżattament 1. Fl-aktar ħabtiet frontali, STAR kejlet 1.84 (STAR paper). L-akbar sors ta’ inċertezza f’din iċ-ċifra ġej min-newtroni, li d-ditekter ma jistax jara, u għalhekk it-tim kellu jistma n-numru tagħhom. Minkejja dan, wasal ħafna aktar numru barjoniku fiċ-ċentru milli jista’ jiġi spjegat miċ-ċarġ.

It-tieni ħabta tindika l-istess direzzjoni

It-tieni test uża nuklei tad-deheb u tip ta’ ħabta aktar ħafifa. STAR għażlet avvenimenti li fihom partiċella tad-dawl minn nukleu minnhom laqtet lill-ieħor, u mbagħad kejlet kif kien imqassam l-eċċess ta’ protoni fuq antiprotoni tul il-linja tar-raġġ. Is-simulazzjonijiet standard tal-avvenimenti bassru distribuzzjoni aktar wieqfa, li testendi aktar fid-direzzjoni tal-moviment. Il-firxa mkejla kienet taqbel ma’ dik mistennija kieku l-junctions iġorru n-numru barjoniku (STAR paper). F’dan il-kampjun seta’ jitqabbel mat-teorija biss il-forma tad-distribuzzjoni, mhux in-numru assolut ta’ protoni.

Fiżiċi li ma kinux parti mit-tim appellaw għall-kawtela. Chun Shen qal lil Science News li r-riżultati jiffavorixxu l-junctions, iżda għadhom mhumiex “prova deċiżiva”; Zi-Wei Lin innota li l-junction innifsu huwa rabta li tinvolvi l-kwarks, u għalhekk il-frażi “il-gluwoni minflok il-kwarks” tesaġera (Science News).

Test aktar preċiż jista’ jsir bl-Electron–Ion Collider ippjanat. Proposta evalwata minn esperti u ppubblikata fl-2024 spjegat kif hemm jistgħu jitqabblu l-vjaġġi tan-numru barjoniku u taċ-ċarġ, bl-użu ta’ miri tar-ruthenium u taż-żirkonju (EPJ C).

Il-junction jiġi dedott mill-fdalijiet tal-ħabta, u ħadd ma osservah direttament. Dak li osservat STAR huwa li ż-żewġ testijiet ma jaqblux mal-mudelli li fihom in-numru barjoniku jivvjaġġa biss mal-kwarks li jidħlu fil-ħabta. Kull spjegazzjoni ta’ kif proton iżomm l-identità tiegħu f’ħabta issa trid tispjega dan.