Scienziati europei confermano il peso del mondo
Uno studio finanziato dall'UE e condotto da fisici in Germania, Francia e Ungheria ha dimostrato in modo inoppugnabile che il Modello standard della fisica delle particelle, una teoria che descrive le interazioni fondamentali delle particelle elementari che compongono tutta la materia visibile dell'universo, fornisce una rappresentazione accurata della massa di protoni e neutroni. I risultati, pubblicati online sulla rivista Science, rappresentano uno dei più grandi impegni computazionali per calcolare la massa delle particelle messo in atto fino a questo momento, e un significativo avanzamento nel campo della fisica. "Oltre il 99% della massa dell'universo visibile è fatta di protoni e neutroni," recita lo studio. "Entrambe le particelle sono molto più pesanti dei loro componenti di quark e gluoni, e il Modello standard della fisica delle particelle dovrebbe spiegare tale differenza." Il dott. Andreas S. Kronfeld, del Fermi National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti, ha spiegato che poiché i nuclei atomici costituiscono quasi tutto il peso del mondo, e poiché tali nuclei sono composti di particelle chiamate quark e gluoni, "i fisici hanno creduto per molto tempo che la massa del nucleo è determinata dal complicato modo in cui i gluoni legano i quark gli uni agli altri, secondo le leggi della cromodinamica quantistica (QCD)." I fisici hanno iniziato dal principio, esaminando le leggi fondamentali e provate della natura attraverso le lenti della QCD. La QCD è una teoria usata per descrivere la "forza nucleare forte", o le interazioni tra quark e gluoni. Poiché, però, il numero di interazioni e interazioni virtuali tra gluoni e quark è stimata nell'ordine dei trilioni, i calcoli numerici sono troppo difficili (o anche impossibili) usando la QCD standard. I ricercatori hanno usato un nuovo approccio chiamato QCD reticolare, per mezzo del quale il tempo e lo spazio sono uniformati in una specie di reticolo, o rete. Questo approccio ha permesso loro di incorporare tutta la fisica necessaria, il controllo per le approssimazioni numeriche, e di fornire un bilancio di errore nei loro calcoli delle masse adroniche (cioè protoni, neutroni e pioni). "Il reticolo riduce tutto ciò che vogliamo calcolare ad integrali che, in principio, possono essere determinati numericamente su un computer," ha spiegato il dott. Kronfeld. Grazie a questo, gli autori dello studio sono stati in grado di includere per la prima volta nei loro calcoli coppie di quark e antiquark, una delle complicazioni principali della forza nucleare forte. Secondo il dott. Kronfeld, i calcoli dei fisici mostrano che "anche se le masse di quark sparissero, la massa del nucleo non cambierebbe di molto, un fenomeno che è a volte chiamato "massa senza massa"". "Poiché questi calcoli precisi corrispondono alle misurazioni effettuate in laboratorio, adesso sappiamo (e non solo crediamo) che la fonte della massa della materia quotidiana è la QCD," concludono gli autori. I loro risultati confermano che il Modello standard descrive correttamente l'origine delle masse adroniche. Siccome queste particelle compongono la maggior parte dell'universo visibile, si può affermare che il Modello standard fornisce una stima accurata della massa del Sole, della Terra e di tutto ciò che contiene. La più importante osservazione dello studio è che gli studi di QCD reticolare "hanno raggiunto uno stadio in cui tutti gli errori sistematici possono essere completamente controllati". I fisici suggeriscono che la QCD reticolare "avrà un ruolo fondamentale nel chiarire nuove proprietà fisiche da processi legati agli effetti della QCD". Il modo in cui la natura genera masse di quark è uno degli argomenti di maggiore interesse per i fisici che lavorano sul Grande collisore adronico.
Paesi
Germania, Francia, Ungheria