Глюоны невозможно наблюдать напрямую — они живут внутри ядер на расстояниях в тысячу раз меньше атома. Но их можно «прощупать» с помощью быстрых свинцовых ядер, которые разгоняют на Больном адронном коллайдере. Когда два ядра проходят близко друг от друга, не сталкиваясь, вокруг них возникают мощные электромагнитные поля, которые действуют как пучки высокоэнергетических фотонов. Если такой фотон попадает в другое ядро, он может временно породить частицу J/ψ (состоящую из очарованного кварка и антикварка). То, как именно рождается эта частица, зависит от того, как расположены глюоны внутри ядра.

Раньше измерения усредняли глюонную структуру по всему ядру. Новый метод — неупругое фотоядерное рождение — чувствителен к локальным флуктуациям плотности глюонов. Меняя переданный импульс, исследователи смогли получить разрешение 0,6, 0,3 и 0,2 фемтометра (1 фемтометр = 10⁻¹⁵ м). Это меньше диаметра протона.

В новом исследовании физики измерили характеристики некогерентного рождения J/ψ в широком диапазоне энергий взаимодействия фотонов с ядрами — от 20 до 633 миллиардов электронвольт, — а также изучили, как это взаимодействие меняется в зависимости от передаваемого импульса, определяющего пространственное разрешение при зондировании ядра.

«Результаты выявили поразительную закономерность, — отметили исследователи. — В изученных в ходе эксперимента наименьших пространственных масштабах скорость рождения J/ψ-частиц оказывается существенно подавленной; статистическая значимость этого эффекта составляет около трех стандартных отклонений».

Новые данные указывают на то, что одного лишь эффекта ядерного экранирования недостаточно для полного объяснения полученных данных, пишет Phys. Должен существовать и другой механизм.

«Вместо этого полученные данные согласуются с иным явлением, известным как „глюонное насыщение“ и предсказанным теорией квантовой хромодинамики, которая описывает сильное взаимодействие, — отметил Тапия Такаки, один из исследователей. — В этом режиме глюоны упакованы настолько плотно, что начинают интенсивно взаимодействовать друг с другом, что ограничивает их количество в данной области».

Понимание того, как глюоны распределяются и взаимодействуют внутри ядер, критически важно для интерпретации столкновений тяжелых ионов, в ходе которых образуется особое состояние вещества — кварк-глюонная плазма.

Кварк-глюонная плазма наполняла Вселенную долю секунды после Большого взрыва. Прежде физики полагали, что столкновение больших ионов с небольшими не может привести к появлению этого вещества, являющегося строительным материалом для протонов и электронов. Анализ данных, собранных в ходе эксперимента PHENIX, доказал обратное.