Dentro de cada próton ou nêutron, existem três quarks ligados por glúons. Até agora, freqüentemente se supõe que dois deles formam um par "estável" conhecido como diquark. Parece, Contudo, que é o fim do caminho para os diquarks em física. Esta é uma das conclusões do novo modelo de colisões próton-próton ou próton-núcleo, que leva em consideração as interações dos glúons com o mar de quarks e antiquarks virtuais.

Na física, o surgimento de um novo modelo teórico geralmente é um mau presságio para conceitos antigos. Este também é o caso com a descrição de colisões de prótons com prótons ou núcleos atômicos, proposto por cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia. No modelo mais recente, um papel significativo é desempenhado por interações de glúons emitidos por um próton com o mar de quarks e antiquarks virtuais, aparecendo e desaparecendo dentro de outro próton ou nêutron.

Os glúons são portadores da força forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Isso liga os quarks em estruturas compostas, como prótons ou nêutrons. Em muitos aspectos, a força forte difere das outras. Por exemplo, não enfraquece, mas cresce com a distância entre as partículas. Além disso, ao contrário dos fótons, os glúons carregam um tipo específico de carga (pitorescamente conhecido como cor) e podem interagir uns com os outros.

A maioria das reações nucleares - incluindo a maior parte das colisões de prótons com prótons ou núcleos atômicos - são processos em que as partículas apenas "tocam" umas nas outras por meio da troca de glúons. Colisões deste tipo são chamadas de "suaves" pelos físicos e lhes causam problemas, visto que a teoria que os descreve é ​​incalculável desde os primeiros princípios. Assim, por necessidade, todos os modelos atuais de processos leves são mais ou menos fenomenológicos.

"No início, queríamos apenas ver como a ferramenta existente, conhecido como o modelo dual parton, lida com dados experimentais mais precisos sobre colisões próton-próton e próton-carbono, "lembra o Prof. Marek Jezabek (IFJ PAN)." Rapidamente descobriu-se que não estava lidando bem com a situação. Então decidimos, com base no modelo antigo que está em desenvolvimento há mais de quatro décadas, para tentar criar algo que fosse por um lado mais preciso, e por outro - mais perto da natureza dos fenômenos descritos. "

O modelo de troca de glúons (GEM) construído no IFJ PAN também é fenomenológico. Contudo, não é baseado em analogias com outros fenômenos físicos, mas diretamente sobre a existência de quarks e glúons e suas propriedades fundamentais. Além disso, GEM leva em consideração a existência em prótons e nêutrons de não apenas tripletos dos quarks principais (valência), mas também o mar de pares de quarks e antiquarks virtuais que surgem e aniquilam constantemente. Além disso, leva em consideração as limitações resultantes do princípio da conservação do número bárion. Em termos simplificados, diz que o número de bárions (ou seja, prótons e nêutrons) existentes antes e depois da interação devem permanecer inalterados. Como cada quark carrega seu próprio número bárion (igual a 1/3), este princípio fornece conclusões mais confiáveis ​​sobre o que está acontecendo com os quarks e os glúons trocados entre eles.

"GEM nos permitiu explorar novos cenários do curso de eventos envolvendo prótons e nêutrons, "diz o Dr. Andrzej Rybicki (IFJ PAN)." Vamos imaginar, por exemplo, que no curso de uma colisão próton-próton suave, um dos prótons emite um glúon, que atinge o outro próton - não seu quark de valência, mas um quark do mar virtual que existe por uma fração de momento. Quando tal gluon é absorvido, o quark do mar e o antiquark formando um par deixam de ser virtuais e se materializam em outras partículas em estados finais específicos. Observe que, neste cenário, novas partículas são formadas apesar do fato de os quarks de valência de um dos prótons terem permanecido intocados. "

O modelo de glúon da Cracóvia leva a percepções interessantes, dois dos quais são particularmente notáveis. O primeiro diz respeito à origem dos prótons difrativos, observada em colisões próton-próton. Esses são prótons rápidos que saem do local da colisão em pequenos ângulos. Até agora, acreditava-se que eles não podiam ser produzidos por processos de mudança de cor e que algum outro mecanismo físico era responsável por sua produção. Agora, Acontece que a presença de prótons difrativos pode ser explicada pela interação do glúon emitido por um próton com os quarks do mar de outro próton.

Outra observação também é interessante. A descrição anterior de colisões suaves presumia que dois dos três quarks de valência de um próton ou de um nêutron estão ligados entre si para formar uma "molécula" chamada diquark. A existência do diquark era uma hipótese que nem todos os físicos atestariam indiscriminadamente, mas o conceito foi amplamente utilizado - algo que agora provavelmente mudará. O modelo GEM foi confrontado com dados experimentais que descrevem uma situação em que um próton colide com um núcleo de carbono e interage com dois ou mais prótons / nêutrons ao longo do caminho. Descobriu-se que, para ser consistente com as medições, sob o novo modelo, a desintegração do diquark deve ser presumida em pelo menos metade dos casos.

"Assim, há muitas indicações de que o diquark em um próton ou nêutron não é um objeto fortemente ligado. Pode ser que o diquark exista apenas efetivamente como uma configuração aleatória de dois quarks formando um antitripleto de cor chamado - e sempre que pode, ele se desintegra imediatamente, "diz o Dr. Rybicki.

O modelo de troca de glúons da Cracóvia explica uma classe mais ampla de fenômenos de uma maneira mais simples e coerente do que as ferramentas existentes para a descrição de colisões leves. Os resultados atuais, apresentado em artigo publicado em Letras de Física B , têm implicações interessantes para fenômenos de aniquilação de matéria-antimatéria, em que um antipróton pode aniquilar em mais de um próton / nêutron no núcleo atômico. Portanto, os autores já formularam primeiro, propostas preliminares para realizar novas medições no CERN com feixe de antiprótons.