Συνδυασμένη ανάλυση δεδομένων τριπλασιάζει το ποσοστό των γλοιονίων σε ένα πιόνιο

Με μια πρώτη ματιά, το πιόνιο μοιάζει απλό. Είναι το ελαφρύτερο μεσόνιο, αποτελούμενο από ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ. Όμως όπως όλα στην κβαντική χρωμοδυναμική (QCD) – τη θεωρία της ισχυρής πυρηνικής δύναμης – τα πράγματα γίνονται περισσότερο περίπλοκα όσο τα κοιτά κάποιος από πιο κοντά. Το πιόνιο, όπως αποδεικνύεται, περιέχει όχι μόνο ζεύγος κουάρκ «σθένους» και αντικουάρκ, αλλά επίσης μια «θάλασσα» εικονικών (εν δυνάμει) κουάρκ τα οποία αναδύονται και εξαφανίζονται. Επιπροσθέτως, το πιόνιο φιλοξενεί γλοιόνια, που είναι οι φορείς της ισχυρής δύναμης που κρατούν τα κουάρκ και αντικουάρκ μαζί. Προηγούμενες μελέτες υποστήριζαν ότι τα γλοιόνια συνεισφέρουν μόνο το 10% στην ορμή του πιονίου σε τυπικές πειραματικές ενέργειες των λίγων GeV, όμως η νέα μελέτη ενσωματώνοντας παλιά και νέα δεδομένα έχει βρει ότι το ποσοστό των γλοιονίων είναι 30%.

Ορισμένες από τις πρώτες προσπάθειες στην εξέταση του εσωτερικού του πιονίου συνέβησαν τη δεκαετία του 1980, όταν ερευνητές κατέγραψαν τη σκέδαση πιονίων από σταθερούς πυρηνικούς στόχους. Ωστόσο, τα αποτελέσματα είχαν μεγάλη αβεβαιότητα λόγω της έλλειψης δεδομένων σε χαμηλή ορμή. Στη δεκαετία του 2000, οι επιστήμονες άρχισαν να αντλούν πληροφορίες σχετικά με το πιόνιο χρησιμοποιώντας συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και πρωτονίων που παράγουν νετρόνια, μια διαδικασία που, σε ορισμένες ενέργειες και γωνίες παραγωγής, εμπεριέχει ανταλλαγή ενός πιονίου.

Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στην Raleigh, το Πανεπιστήμιο του Connecticut στη Storrs και το Εργαστήριο Jefferson στη Virginia, έχουν τώρα συνδυάσει τα δεδομένα παραγωγής νετρονίων με παλιότερα δεδομένα σκέδασης πιονίου-πυρήνα. Για να καταστήσουν τα σύνολα των δεδομένων συμβατά, χρησιμοποίησαν τις προβλέψεις της QCD και για τις δυο [υψηλής- και χαμηλής-ενέργειας] διεργασίες. Η τελική τους ανάλυση του πιονίου με όρους συνεισφοράς στην ορμή, στα GeV των πειραματικών ενεργειών, είναι 54% από τα κουάρκ σθένους, 16% από τη θάλασσα (των εικονικών) κουάρκ και 30% από τα γλοιόνια.