A fizika világa A fénykvarcok tömegét pontosan kiszámítják
A protonok tömege csaknem 100 éve ismert. Összetevőinek súlyát azonban még nem határozták meg pontosan. Az új számítások javítják a pontosságot.
Kvarkok, antikvarkok és gluonok
Ithaca (USA) - A protonok és a neutronok, amelyek minden atommag alkotóelemei, még több elemi részecskéből - a kvarkokból - állnak. Egy Peter Lepage által vezetett kutatócsoport a New York-i Ithacában, a Cornell Egyetemen most néhány százalékon belül meghatározta a három legkönnyebb kvark tömegét. A korábbi információk tíz-húszszor pontatlanabbak voltak.
A kvarkokat az úgynevezett erős erő tartja össze - az univerzum négy alapvető erőjének egyike. Olyan erős, hogy lehetetlen elválasztani őket és egyenként megvizsgálni őket. Ehelyett folyamatosan körülveszik magukat más kvarkokkal, antikarkokkal és az erős erő közvetítő részecskéivel, az úgynevezett gluonokkal, és összetettebb részecskéket alkotnak, például protonokat vagy neutronokat.
"A kvarktömegek meghatározásához pontosan meg kell értenünk az erős erőt" - magyarázza Lepage. Ehhez csapatával szimulálja a kvarkok és a gluonok viselkedését nagy szuperszámítógépeken. Ezzel egyszerűsítették a kaotikus helyzetet azzal, hogy csak az elemi részecskéknek engedték mozogni a rácsot - mind térben, mind időben. Minél közelebb húzza a hálót, annál közelebb kerül a modell a valósághoz.
Ennek az úgynevezett rácskvantum-kromodinamikának a segítségével a tudósok képesek voltak kiszámolni a különböző típusú kvarkok tömegarányát egy százalék pontossággal, ami nagyságrenddel jobb, mint korábban. Eszerint az up kvark tömege körülbelül 2 mega elektronvolt (MeV), a down kvark körülbelül 4,8 MeV és a furcsa kvark 92 MeV körül - írja Lepage és munkatársai a Physical Review Letters folyóiratban.
A kvarkok megdöbbentően nagy különbségeket mutatnak tömegükben: a legkönnyebb a felkvarr, amely 470-szer könnyebb, mint egy proton, és a legnehezebb, a felső kvark 180-szor nagyobb, mint egy proton - vagy majdnem olyan nehéz mint egy ólomatom. Hogy miért vannak az elemi részecskék ilyen ellentétesek, még mindig nem világos.