真正決定質子「身分」的不是夸克，而是膠子 Y 形結構
質子由 3 個夸克粒子組成，夸克之間又靠膠子黏在一起，半世紀以來，物理學家認為質子的「重子身分標籤」由夸克攜帶，但最新研究暗示質子身份關鍵可能是在質子中心形成的 Y 形膠子結構。
「質子非常穩定，從來沒人看過它衰變」，這句話背後，其實藏著一個困擾物理學家快 50 年的謎團。模型預測質子壽命至少超過 10³⁴ 年（遠超當前宇宙年齡），目前人類也從未觀測到任何一次質子衰變事件，主要原因為質子是最輕的重子，而根據重子數守恆定律，它沒有任何比自己更輕的重子可以衰變。
一般認為質子穩定與重子數（baryon number）性質有關，而這個「重子身分標籤」由組成質子的 3 個夸克共同攜帶，但最近，美國布魯克黑文國家實驗室相對論性重離子對撞機 STAR 偵測器團隊的研究提出顛覆性看法：真正負責攜帶「重子數」的不是那 3 個夸克，而是夸克背後由膠子形成的 Y 形結構，稱為重子結（baryon junction）。
想像質子內部夸克就像 3 個小孩子，背後有一條由無質量膠子形成、呈 Y 形的隱形膠帶將它們綁在一起，這條膠帶才是真正決定「質子是質子」的關鍵。
團隊利用對撞機進行 2 個特殊碰撞實驗，第一個實驗觀察 2 團原子核極高速相撞後碎片飛多遠，結果發現代表重子數的特徵飛得比電荷還遠，說明重子數並沒有跟著帶電夸克一起減速，而是跟著不帶電的 Y 型重子結一起飛出去。
為求謹慎，團隊進行第 2 個實驗，以光子撞擊接近光速飛行的金原子核，再次證明碰撞後飛出來的重子數行為模式完美符合重子結理論。
若重子數真的由膠子形成的 Y 形重子結攜帶，將改變我們對「物質如何形成」的理解，更重要的是可能幫助我們解開宇宙最大謎團之一：為什麼宇宙物質遠多於反物質？假如重子數攜帶方式和原本所想不同，便可能影響物質與反物質在早期宇宙的行為，進而解釋這個不對稱現象。
科學家接下來將利用即將建成的電子離子對撞機進行更精確實驗以進一步驗證理論。
新論文發表在《科學》（Science）期刊。
After 50 Years, Physicists Find Strong Evidence For What Really Holds Matter Together
A gluon junction may explain where a proton’s baryon number comes from
Scientists uncover new clue to how protons maintain their identity
（首圖來源：布魯克黑文國家實驗室）