Τα γλουόνια συνεισφέρουν στο spin του πρωτονίου

Το spin του πρωτονίου διαμορφώνεται από τα συστατικά που το αποτελούν, τα quarks και τα γλουόνια (gluons). Απροσδόκητα, σε πειράματα το 1980, αποκαλύφθηκε ότι η συνεισφορά από τα εγγενή spins των quarks ήταν μικρή. Αυτή η «κρίση του spin του πρωτονίου», όπως ονομάστηκε, παρέμενε άλυτη. Όμως μια νέα ενδελεχής ανάλυση δεδομένων από τη διασπορά των πρωτονίων, αποκάλυψε το πρώτο καθαρό στοιχείο ότι η πόλωση του spin του γλουονίου δεν είναι μηδέν. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Physical Review Letters, φανερώνουν ότι τα γλουόνια μπορεί να έχουν σημαντικό ρόλο στο spin του πρωτονίου.

Το πρωτόνιο είναι ένα σωμάτιο με spin ½ που διαμορφώνεται από τα τρία quarks που συγκρατούνται από τα γλουόνια, τα οποία είναι οι φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Τα quarks έχουν spin ½ και έτσι οι φυσικοί αρχικά υπέθεσαν ότι δυο από τα quarks βρισκόταν σε αντίθετη διευθέτηση, με αποτέλεσμα να ακυρώνονται τα δυο spins και έτσι καθώς το άλλο βρίσκεται μόνο του έδινε το spin στο πρωτόνιο. Ωστόσο, σε μετρήσεις σε συγκρούσεις μιονίων-πρωτονίων, βρέθηκε ότι μόνο το ¼ από το spin του πρωτονίου προέρχεται από τα spins των quarks. Το υπόλοιπο πρέπει να προέρχεται από τα spins των γλουονίων και (ή) τις τροχιακές κινήσεις των quarks και των γλουονίων το «εσωτερικό» του πρωτονίου.

Για να προσδιορίσουν τη συνεισφορά από τα γλουόνια, τα οποία έχουν spin 1, οι φυσικοί μέτρησαν την πιθανότητα ένα γλουόνιο με ορισμένη ορμή να ευθυγραμμίζεται ή να πολώνεται σε σχέση με το spin του πρωτονίου. Σε προηγούμενες παρατηρήσεις συγκρούσεων μεταξύ πρωτονίων, στον Σχετικιστικό Συγκρουστήρα Βαρέως Ιόντος (Relativistic Heavy Ion Collider-RHIC), βρέθηκε η πόλωση γλουονίων για μέτριες τιμές ορμών να είναι κοντά στο μηδέν. Ωστόσο, χρησιμοποιώντας πρόσφατα δεδομένα από τον RHIC, ο Daniel de Florian από το Πανεπιστήμιο του Μπουένος Άιρες στην Αργεντινή και οι συνάδελφοί του βρήκαν μη-μηδενική πόλωση γλουονίων. Χρειάζονται ακόμη περισσότερα δεδομένα στις χαμηλές ορμές αλλά η πρόσφατη καλή εφαρμογή των δεδομένων οδηγεί στην πρόταση ότι το μισό του spin του πρωτονίου προέρχεται από τα spins των γλουονίων.