Барионное число — это фундаментальная величина, которая у протона равна +1, у антипротона -1, а у всех остальных частиц — 0. Именно благодаря этому правилу протон не может распасться на безбарионные частицы (например, на позитроны и фотоны), не нарушив закона сохранения. Это делает протон самым легким барионом и краеугольным камнем всей видимой материи. Но где именно в протоне находится это число — вопрос, который оставался открытым десятилетиями.

В простейшей модели протон состоит из трех валентных кварков, которые несут электрический заряд и массу. Было логично предположить, что барионное число тоже привязано к ним — ведь именно кварки делают протон барионом. Но у этой картины был недостаток: она не объясняла, почему протон не распадается и как барионное число распределяется внутри частицы. Теория квантовой хромодинамика (КХД) предсказывает, что кроме кварков есть еще и глюоны — и они тоже могут нести барионное число.

Вместо трех отдельных кварков, исследователи предлагают модель, где три кварка соединены в Y-образную структуру — «барионный узел» (baryon junction). Этот узел состоит из глюонов (переносчиков сильного взаимодействия) и именно он, а не кварки, несет барионное число.

Ученые провели эксперименты по столкновению протонов с высокой энергией и измерили рождение частиц, содержащих антикварк. Если бы барионное число несли только кварки, распределение этих частиц было бы симметричным. Но данные показали асимметрию, которая указывает на то, что часть барионного числа переносится не кварками, а глюонным узлом, который «выбивается» из протона при столкновении. Это подтверждает модель, предложенную еще в 1980-х годах, но до сих пор не имевшую прямых экспериментальных доказательств, сообщает Science Alert.

Если барионное число действительно связано с глюонным узлом, это меняет понимание того, как сохраняется вещество и как в ранней Вселенной возникали барионы. Кроме того, открывается новый взгляд на баланс материи и антиматерии: возможно, барионная асимметрия во Вселенной возникла из-за того, что глюонные узлы ведут себя иначе, чем кварки.

Барионной называют материю, которая состоит из барионов и электронов и образует галактики, звезды, планеты и все, что нас окружает. Ее можно обнаружить по электромагнитному излучению. Однако некоторая ее часть остается почти незаметной. Ученые называют ее барионной темной материей. Астрономы из США использовали в прошлом году самый далекий быстрый радиовсплеск за всю историю наблюдений, чтобы установить, где скрывается более трех четвертых барионной темной материи.