Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

Naukowcy europejscy potwierdzają masę Ziemi

Finansowane ze środków unijnych badania, przeprowadzone przez zespół fizyków niemieckich, francuskich i węgierskich, wykazały w sposób rozstrzygający, że model standardowy w fizyce cząstek elementarnych - teoria opisująca podstawowe interakcje pomiędzy cząstkami elementarnymi,...

Finansowane ze środków unijnych badania, przeprowadzone przez zespół fizyków niemieckich, francuskich i węgierskich, wykazały w sposób rozstrzygający, że model standardowy w fizyce cząstek elementarnych - teoria opisująca podstawowe interakcje pomiędzy cząstkami elementarnymi, z których składa się wszelka widzialna materia we wszechświecie - w sposób dokładny odzwierciedla masę protonów i neutronów. Wyniki opublikowane w elektronicznej wersji czasopisma Science, są efektem największego dotąd przedsięwzięcia komputerowego w obliczeniach masy cząsteczek i stanowią ważny krok naprzód w dziedzinie fizyki. W artykule czytamy: "Ponad 99% masy widzialnej we wszechświecie składa się z protonów i neutronów". "Obie te cząsteczki są znacznie cięższe niż kwarki i gluony, a model standardowy fizyki cząstek elementarnych powinien wyjaśnić tę różnicę." Dr Andreas S. Kronfeld z Fermi National Accelerator Laboratory w USA wyjaśnia, że ponieważ jądra atomów tworzą niemal całą masę świata i jako że składają się z cząstek zwanych kwarkami i gluonami, "fizycy od dawna byli przekonani, że masa jądra bierze się ze złożonego sposobu, w jaki gluony łączą kwarki pomiędzy sobą, zgodnie z prawami chromodynamiki kwantowej (QCD)". Fizycy wrócili do źródeł i przyjrzeli się podstawom, po czym ustalili prawa natury patrząc przez filtr QCD. QCD to teoria wykorzystywana do opisywania oddziaływań silnych albo interakcji pomiędzy kwarkami a gluonami. Ponieważ jednak liczbę oddziaływań i wirtualnych oddziaływań pomiędzy gluonami a kwarkami szacuje się w trylionach, obliczenia są niezmiernie trudne (lub wręcz niemożliwe), jeśli stosuje się standardową QCD. Naukowcy wykorzystali nowe podejście, zwane siatkową QCD, w którym czas i przestrzeń układa się w swego rodzaju siatkę albo kratkę. Podejście to pozwoliło im uwzględnić całą potrzebną fizykę, kontrolować przybliżenia liczbowe i wyliczyć błąd w swoich kalkulacjach mas hadronów (tj. protonów, neutronów i pionów). "Siatka redukuje wszystko, co chcemy obliczyć do całek, które zasadniczo można analizować matematycznie na komputerze" - wyjaśnia dr Kronfeld. Dzięki temu, autorom badania udało się po raz pierwszy ująć w swoich obliczeniach pary kwark-antykwark, jeden z najtrudniejszych problemów do pokonania w badaniu silnych oddziaływań. Według dr Kronfelda, obliczenia fizyków pokazują, że "nawet jeśli masa kwarka zniknie, to masa jądra nie zmieni się zbytnio - zjawisko zwane czasami masą bez masy". "Ponieważ te precyzyjne obliczenia są zgodne z pomiarami laboratoryjnymi, wiemy, a nie tylko wierzymy, że źródłem masy materii jest QCD" - konkludują autorzy. Wyniki te potwierdzają, że model standardowy prawidłowo opisuje pochodzenie masy hadronów. Ponieważ z cząstek tych zbudowany jest cały widzialny wszechświat, można powiedzieć, że model standardowy pozwala precyzyjnie oszacować masę Słońca, Ziemi i wszystkiego co się na niej znajduje. Najważniejszym wnioskiem z badań jest stwierdzenie, że analiza z użyciem siatkowej QCD "osiągnęła etap, na którym systematyczne błędy można w pełni kontrolować". Fizycy sugerują, że siatkowa QCD "odegra decydującą rolę w odkryciu nowych zależności fizycznych w procesach, które przeplatają się z efektami QCD". Sposób, w jaki natura generuje masę kwarków jest jednym z tematów znajdujących się w centrum zainteresowania fizyków pracujących na Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Kraje

Niemcy, Francja, Węgry

Powiązane artykuły