- Las colisiones del experimento STAR encajan mejor con una estructura de gluones en forma de Y que transporta el denominado número bariónico.
- El resultado no elimina el papel de los tres quarks del protón, pero cuestiona que esa propiedad cuántica resida exclusivamente en ellos.
La representación más sencilla de un protón muestra tres quarks —dos up y uno down— unidos mediante gluones. Nuevos resultados experimentales indican ahora que una de las propiedades fundamentales que define al protón podría estar asociada precisamente a esa red de gluones y no repartida únicamente entre los tres quarks principales.
El trabajo de la colaboración STAR, publicado en Science, analiza el denominado número bariónico, una cantidad cuántica que distingue a protones, neutrones y otras partículas pertenecientes a la familia de los bariones. Un protón posee número bariónico +1.
La explicación tradicional más sencilla asigna un tercio de ese número a cada uno de sus tres quarks de valencia. Sin embargo, la cromodinámica cuántica describe el interior del protón como un sistema mucho más complejo, lleno de gluones y de pares de quarks y antiquarks que aparecen y desaparecen continuamente.
Desde la década de 1970 existe otra posibilidad teórica: que los tres quarks estén conectados mediante una estructura de campos de gluones con forma aproximada de Y, conocida como unión bariónica o baryon junction. En 1996 se propuso además que esa estructura pudiera transportar el número bariónico.
STAR ha intentado distinguir ambas explicaciones estudiando colisiones de núcleos a energías extremadamente altas en el Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, del Laboratorio Nacional de Brookhaven.
Los investigadores compararon el número de bariones producido en determinadas regiones del detector con la cantidad de carga eléctrica asociada a los quarks frenados durante las colisiones. Encontraron aproximadamente el doble de bariones de los que cabría esperar si únicamente los quarks detenidos transportasen el número bariónico.
El resultado encaja mejor con la idea de que la estructura de gluones puede frenarse durante la colisión independientemente de que los tres quarks originales continúen desplazándose. Esa unión podría después asociarse a nuevos quarks producidos durante la colisión y formar otro barión, manteniendo así el número bariónico.
Los autores consideran que los datos proporcionan un respaldo fuerte a esta interpretación, pero hablan de evidencia experimental compatible con el modelo, no de haber fotografiado directamente una estructura de gluones dentro del protón.
La diferencia resulta importante porque los gluones no son simples “pegamentos” pasivos. Transportan la interacción fuerte y pueden interactuar también entre ellos, lo que convierte el interior de protones y neutrones en un sistema dinámico mucho más complejo que la imagen de tres partículas fijas.
El trabajo tampoco implica que los quarks dejen de definir otras propiedades del protón. Su carga eléctrica, por ejemplo, continúa vinculada a las cargas de los quarks. La novedad se refiere específicamente a cómo podría almacenarse y transportarse el número bariónico.
Comprender ese mecanismo resulta relevante porque la conservación del número bariónico aparece en todos los procesos conocidos de la física de partículas ordinaria y está relacionada con la extraordinaria estabilidad de protones y núcleos atómicos.
Los nuevos resultados llegan además al final de la etapa científica de RHIC, que funcionó desde 2000 hasta comienzos de 2026 y cuyo programa experimental dará paso progresivamente al futuro Electron-Ion Collider.
