Les données de collisions du RHIC apportent de nouvelles preuves de l'existence du « pont baryonique »

Nouvelles du 18 août : une équipe internationale de physiciens, en analysant les données de collisions nucléaires du détecteur STAR du collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC), a apporté des preuves solides que le nombre baryonique pourrait ne pas être porté directement par les quarks, mais transmis par un « pont baryonique » formé par les gluons à l'intérieur du proton. L'article correspondant a été publié dans la revue Science.

Valerie A. Lentz, Laboratoire national de Brookhaven

Les baryons, qui comprennent les protons et les neutrons, sont généralement considérés comme composés de trois quarks. Dans la compréhension existante, le nombre baryonique est considéré comme uniformément réparti entre les trois quarks. Parallèlement, il existe également des gluons à l'intérieur du proton, qui sont les vecteurs de l'interaction forte. Selon la description de la chromodynamique quantique, les gluons pourraient former dans le proton une structure en forme de Y appelée « nœud baryonique » ou « pont de gluons », mais cette structure a longtemps manqué de preuves expérimentales directes.

L'équipe de recherche s'est intéressée à un phénomène récurrent dans les expériences de collision du RHIC : dans la région perpendiculaire à la direction du faisceau de collision, le nombre de baryons enregistré expérimentalement est supérieur aux prévisions. Si l'on suit l'interprétation du modèle traditionnel, cela signifie que les trois quarks d'un proton en collision doivent tous « s'arrêter » dans la collision, leur énergie étant ensuite convertie en production de nouvelles particules. Cependant, après avoir comparé le nombre de baryons observé dans différentes collisions nucléaires avec la redistribution des charges, les chercheurs ont constaté que le nombre de baryons produits par la collision est environ deux fois supérieur à la valeur attendue basée sur la mesure de la charge des quarks au repos.

L'équipe a donc proposé une autre explication : les quarks portent une charge, tandis que la structure en pont formée par les gluons ne porte pas de charge. À haute énergie de faisceau, les gluons à l'intérieur du proton se divisent et se multiplient continuellement, et la proportion d'énergie portée par un seul gluon diminue progressivement ; en revanche, les quarks ne se multiplient pas de la même manière, et leur contribution énergétique reste relativement stable. Par conséquent, le pont baryonique constitué de gluons pourrait être plus susceptible de s'arrêter dans une collision que les trois quarks du proton.

Selon ce modèle, lorsque le pont baryonique s'arrête dans la zone de collision, les quarks peuvent continuer à se déplacer dans la direction du collisionneur. Comme les quarks et les gluons ne peuvent pas exister séparément, ils se combinent rapidement avec d'autres particules : les quarks peuvent former des mésons avec des antiquarks, tandis que le pont de gluons pourrait attirer trois nouveaux quarks du vide et former de nouveaux baryons. Dans les collisions nucléaires réelles, des noyaux atomiques contenant de nombreux protons et neutrons entrent en collision, produisant des milliers de nouvelles particules ; les expériences montrent que plus le nombre de particules produites dans la collision est élevé, plus l'excès de baryons observé est marqué.

Les auteurs de l'article estiment que les données accumulées par le RHIC entre 2000 et 2026 correspondent mieux au modèle selon lequel le pont de gluons porte le nombre baryonique, par rapport à l'interprétation traditionnelle où les quarks portent le nombre baryonique. Cependant, les chercheurs soulignent également que les résultats actuels doivent encore être vérifiés de manière indépendante par d'autres équipes. Si des recherches ultérieures confirment davantage cette conclusion, cela contribuera à approfondir la compréhension de la communauté physique concernant la conservation du nombre baryonique, l'interaction forte et les mécanismes de formation de la matière dans l'univers primitif.