دانشمندان مرکز سرن در سال 1987 در آزمایشات خود برای پاسخگویی به چرایی و چگونگی چرخش پروتون ها با شکست مواجه شدند و این معما تا 27 سال با عنوان «بحران چرخش پروتون» لاینحل باقی ماند. بنا به گزارشات، اکنون دانشمندان دانشگاه بوینوسآیرس بر این باورند که توانستهاند پاسخ این معما را پیدا کنند. پژوهش این محققان نشان داده است که یک ذره زیر اتمی موسوم به گلئون ممکن است مسئول بخش اعظمی از چرخش پروتون باشد. این دستاورد توسط دکتر دانیل فلوریان و همکارانش با استفاده از برخورد دهنده آزمایشگاه ملی بروکهاون در اوپتون نیویورک حاصل شد. پیش از این تصور میشد که چرخش پروتون منحصرا توسط ذرات زیر اتمی موسوم به کوارک ها ایجاد میشود. اما نتایج آزمایشات سال 1987 نشان داده بود کوارکها نمیتوانند مسئول کل چرخش پروتون باشند. کوارک ها ذرات زیراتمی هستند که ذرات بزرگتر مانند پروتون ها را میسازند، در حالیکه گلئون ها چسب هایی هستند که این ذرات را در کنار هم نگه میدارند. اگرچه عنوان چرخش در اینجا نام غلطی است. این اصطلاح به توصیف فرآیند چرخش واقعی مانند گردش یک توپ نپرداخته بلکه به چیزی که اساسا «چرخش کوانتومی» یا «چرخش اتمی» است، اشاره دارد. چرخش در سطح کوانتومی –کوچکترین اندازه ممکن – به عنوان یک ثابت فیزیکی است که چگونگی برخورداری ذرات از یک میدان مغناطیسی، تعاملات آنها و غیره را توضیح میدهد.
اگرچه چگونگی دستیابی پروتون ها به این ثابت فیزیکی همچنان رازآلود باقی مانده بود. گفته میشود ذرات زیراتمی از مقادیر متفاوت چرخش برخوردارند؛ پروتون ها دارای چرخش یک دوم هستند که دانشمندان را به این باور رسانده است که احتمالا چرخش آنها توسط دو کوارک با یک جهت چرخش ایجاد شده است. اگرچه این امر مدنظر دانشمندان نبود، چرا که تنها یک چهارم چرخش پروتون توسط کوارک ها ایجاد میشود. پژوهش جدید نشان میدهد گلئون ها که از چرخش یک برخوردارند، مسئول نیمی از چرخش پروتون هستند. این یافته بر اساس برخوردهای پروتون با پروتون در برخورد دهنده یونی سنگین نسبیتی (RHIC) بود. هنگامی که پروتون ها با یکدیگر برخورد میکنند، تعاملات آنها با یک نیروی قدرتمند کنترل میشود. این کار توسط گلئون ها انجام میشود، به این معنی که آنها بطور پیچیدهای در برخورد پروتون ها دخیل هستند. جهت چرخش پروتون ها سپس برای تعیین این امر استفاده شد که گلئون ها در حقیقت در چرخش این ذرات نقش دارند.
دادههای بیشتری از برخوردها در حرکت پائین برای تائید نتایج نیاز است اما در حال حاضر، به نظر میرسد یکی از اسرار بزرگ در فیزیک زیراتمی سرانجام حل شده است. در این صورت، دانشمندان میتوانند به درک بهتری از چگونگی دستیابی ذرات به جرمشان دست یابند. یکی دیگر از اسرار حل نشده فیزیک این است که چرا کوارک ها، گلئون ها و دیگران تنها در ذرات زیراتمی دیگری مانند پروتون ها یافت میشوند و به تنهایی قابل شناسایی نیستند. حل این معما میتواند دلیل چرخش کوارک ها و گلئون ها را نیز توضیح دهد. این نتایج میتواند فاکتور مهمی در تعیین چگونگی دستیابی پروتون به جرم باشد.