Fyzikové na RHIC zpochybnili představu, že baryonové číslo nesou pouze kvarky

Fyzikové ze STAR Collaboration oznámili 14. srpna 2026 objev, který zpochybňuje dosavadní představu o tom, jak protony a další baryony nesou svou identitu. Podle dlouho zavedeného modelu je takzvané baryonové číslo, veličina definující proton nebo neutron jako baryon, neseno výhradně třemi kvarky, z nichž se tyto částice skládají. Nová data z experimentů na Relativistickém těžkoiontovém kolizéru (RHIC) v Brookhavenské národní laboratoři však ukazují, že realita je složitější.

Vědci analyzovali srážky těžkých iontů urychlených na RHIC téměř na rychlost světla. Při těchto srážkách vzniká extrémně horké a husté prostředí, v němž se dočasně uvolňují kvarky a gluony ze svých obvyklých vazeb uvnitř protonů a neutronů. Sledováním, jak se baryonové číslo přenáší a rozptyluje během těchto srážek, tým zjistil, že za jeho nositele nelze považovat pouze kvarky.

„Naše výsledky naznačují, že baryonové číslo není jednoduše neseno jednotlivými kvarky,“ uvedl profesor Zhangbu Xu, jeden z autorů studie. Podle vědců hraje důležitou roli i takzvané baryonové spojení, struktura, která drží tři kvarky pohromadě, a to prostřednictvím gluonů, tedy částic zprostředkovávajících silnou jadernou interakci. Gluony byly dosud vnímány především jako nositelé síly mezi kvarky, nikoli jako částice, které by samy přispívaly k baryonovému číslu.

Zjištění by mohlo znamenat, že struktura hmoty na nejzákladnější úrovni je podstatně komplikovanější, než se dosud předpokládalo. „Toto nové pochopení přetváří, jak přemýšlíme o struktuře hmoty,“ řekla Dr. Rongrong Ma, spoluautorka výzkumu.

Baryonové číslo patří mezi klíčové veličiny v jaderné fyzice a fyzice částic. Je zachovávající se veličinou, což znamená, že jeho celková hodnota se při běžných fyzikálních procesech nemění. Přesné pochopení toho, jak a kde je toto číslo v částicích uloženo, má význam nejen pro teoretickou fyziku, ale i pro modely popisující chování hmoty za extrémních podmínek, jaké panovaly krátce po vzniku vesmíru.

Výsledky výzkumu byly publikovány v prestižním časopise Science pod názvem „Tracking the baryon number with nuclear collisions“. Studie vyšla ve svazku 393, čísle 6812, na stranách 727 až 731, s identifikátorem DOI 10.1126/science.ads5962.

RHIC, provozovaný Brookhavenskou národní laboratoří v americkém státě New York, patří mezi nejvýznamnější zařízení pro studium extrémních stavů hmoty na světě. Umožňuje vědcům srážet těžké ionty, jako jsou jádra zlata, při velmi vysokých energiích a studovat tak vlastnosti takzvaného kvark-gluonového plazmatu, stavu hmoty, který podle současných teorií existoval jen zlomek sekundy po velkém třesku.

Tým STAR Collaboration sdružuje stovky vědců z desítek institucí po celém světě a dlouhodobě se věnuje výzkumu silné jaderné interakce a struktury atomových jader. Nový objev týkající se přenosu baryonového čísla je považován za jeden z významných příspěvků kolaborace k pochopení základních zákonitostí fungování hmoty.

Podle vědců bude nutné výsledky dále ověřit dalšími experimenty a teoretickými výpočty, aby bylo možné plně zapracovat nové poznatky do standardního modelu částicové fyziky. Otevírá se tak prostor pro další výzkum role gluonů při přenosu fyzikálních vlastností mezi částicemi, což by mohlo mít dopad i na chápání jiných zachovávajících se veličin v subatomárním světě.

Objev přichází v době, kdy vědecká komunita intenzivně zkoumá vlastnosti kvark-gluonového plazmatu a snaží se lépe porozumět raným fázím vývoje vesmíru. Přesnější popis toho, jak jsou fyzikální vlastnosti částic rozloženy mezi kvarky a gluony, by mohl přispět i k upřesnění modelů popisujících chování hmoty za extrémních teplot a hustot, jaké se v laboratorních podmínkách jinak jen obtížně dosahují.