北京
美国布鲁克海文国家实验室8月16日发布的一项新研究显示，质子内部可能隐藏着一种此前未发现的胶子结构，这一发现有望改写粒子物理学的教科书内容。研究团队利用相对论重离子对撞机（RHIC）的STAR探测器数据，发现重子数可能并非仅由三个夸克携带，而是由连接这三个夸克的Y形“胶子节点”共同承载。该成果发表在《科学》杂志上，挑战了数十年来人们关于质子基本属性的经典认知。
重子数是粒子物理学中一个极其重要的守恒量，它决定了质子、中子等重子物质的稳定性。传统模型认为，质子内部的三个“价夸克”各携带三分之一的重子数，因此质子总重子数为1。然而，RHIC的高能碰撞实验结果暗示，胶子——这种通常在夸克之间传递强力的粒子——可能在重子数的携带与守恒中扮演了意想不到的关键角色。
“长期以来，科学家一直假设质子或中子内部的三个主要价夸克各自携带三分之一的重子数，”肯特州立大学教授、同时在布鲁克海文实验室任职的张潮旭（Zhangbu Xu）表示。“但新的数据指向了一个更复杂的图像。”
物理学家早在20世纪70年代就提出了“重子节点”（也称胶子节点）的概念，用来描述胶子如何连接质子内部的价夸克。这一想法在当时属于纯理论推测。1996年，即RHIC开始运行的四年前，石溪大学理论物理学家德米特里·哈尔泽耶夫（Dmitri Kharzeev）曾对此进行过相关理论研究。如今，来自RHIC的实验证据首次为这一结构提供了直接支持。
RHIC是美国能源部科学办公室旗下的核物理研究用户装置，自2000年运行至2026年初。STAR探测器在极端高能的粒子碰撞中，捕捉到了可能由Y形胶子节点留下的痕迹。如果这一结论得到进一步验证，意味着质子的重子数不再归三个夸克独有，而是由夸克与胶子构成的整体网络共同承担。这也将重新解释为什么质子——以及由质子构成的整个物质世界——能够如此稳定地存在。
这一发现不仅修正了一个古老的教科书图像，还可能为理解基本粒子的内部结构、强相互作用以及重子物质的性质开辟新的研究方向。研究团队表示，他们将继续分析RHIC以及未来更先进加速器的数据，以确认这一隐藏结构的真实面目。
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