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Precision lattice QCD calculations

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Struttura adronica e accoppiamento forte

Fin dai primi modelli dell’atomo definiti quasi cento anni fa, le nuove scoperte e i nuovi sviluppi hanno arricchito grandemente le descrizioni delle particelle che costituiscono la natura dell’Universo. I ricercatori finanziati dall’UE hanno ancora una volta ampliato la conoscenza delle particelle e delle loro interazioni.

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Il Modello Standard della fisica delle particelle ora afferma che esistono 12 particelle di materia elementari, un bosone di Higgs e quattro particelle portatrici di forza. Gli adroni, come i protoni e i neutroni, non sono particelle elementari, ma sono costituite dalle particelle elementari dette quark. I quark sono legati dai gluoni, particelle elementari di forza che mediano l’interazione forte che, tra le altre cose, è responsabile del trattenimento dei protoni con la stessa carica nel nucleo. Gli scienziati hanno utilizzato le simulazioni Monte Carlo per svelare la struttura degli adroni e fornire misurazioni precise della costante di accoppiamento forte grazie al finanziamento dell’UE del progetto PRECISION LATTICEQCD (“Precision lattice QCD calculations”). Le simulazioni Monte Carlo, possibili solo dall’avvento dei supercalcolatori, fanno affidamento su campionamenti randomici ripetuti. Tali simulazioni risolvono stocasticamente gli integrali sui cammini della QCD utilizzando numerosi diversi gruppi di numeri randomici (generalmente più di 10 000). Le simulazioni Monte Carlo sono risultate molto importanti per fornire stime di quantità inaccessibili o di difficile misurazione con gli esperimenti, e il campo della cromodinamica quantistica (QCD) non è un’eccezione. Come parte del Modello Standard, la QCD è la teoria dell’interazione forte tra quark e gluoni. A energie elevate, la QCD può essere trattata in modo perturbativo. Tuttavia, al di fuori di questo ambito, la QCD diventa molto più complicata ed è difficile fare previsioni. La QCD su reticolo, una QCD digitalizzata in cui punti discreti esistono nello spazio-tempo euclideo (il reticolo). Non esistono supposizioni e approssimazioni ed è quindi possibile utilizzare le ben radicate e potenti simulazioni Monte Carlo. Sfruttando gruppi di tempo su diversi sistemi di supercalcolatori paralleli, il team ha raccolto numerosi dati sul reticolo per le funzioni della struttura adronica e la costante di accoppiamento forte. Hanno introdotto un nuovo metodo di trattamento di certi oggetti (oggetti con reticolo ipercubico) caratteristici in molti di questi e altri osservabili con reticolo che renderanno le future analisi e conclusioni meno incerte e più precise. I risultati avranno un impatto su numerosi problemi fisici nella fisica delle particelle elementari. Potranno inoltre incoraggiare le ricerche nel campo della fisica al di là del Modello Standard, e supporteranno certamente nuovi esperimenti che andranno oltre a ciò che è fisicamente misurabile, fino a ciò che è fisicamente possibile.

Parole chiave

Struttura adronica, accoppiamento forte, QCD su reticolo, simulazioni Monte Carlo, cromodinamica quantistica

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