Это – одна вещь знать факт, но это – другой для объяснения его, поскольку любопытная трансгрессия в физике элементарных частиц показывает. С тех пор, как протон был обнаружен 89 лет назад, физики были в состоянии измерить массу частицы – который, вместе с другим назвал нейтроном, составляет атомное ядро. Но даже с лучшими компьютерами, теоретики не были в состоянии начать с описания составных частей протона и вычислить его массу с нуля.
Теперь, бригада теоретиков достигла той цели, отметив прибытие вычислений точности ультрасложной «существенной силы», связывающей плазму.«Это – действительно грандиозное предприятие», говорит Джон Неджел, теоретик в Массачусетском технологическом институте в Кембридже. «Это – первый раз, когда у нас действительно был этот вид уверенности, что все делается правильно».
Как обеспокоенный подросток, протон является путаницей внутри и примерно невозможный выяснить. В 1970-х экспериментаторы обнаружили, что протон и нейтрон, известный коллективно как нуклеоны, состоят из больше-элементарных-частиц, названных кварком и глюонами, которые являются основными элементами теории, названной квантовой хромодинамикой (QCD).
Простым языком протон содержит два кварк типа и один «вниз» кварк типа с глюонами, проносящимися среди них для закрепления их с сильной ядерной силой. (Нейтрон содержит два холма и.) В действительности нуклеон намного более сложен.Благодаря неуверенности в квантовой механике бесчисленные глюоны и пары антикварка кварка мелькают в и из существования в нуклеоне. Все эти «виртуальные» частицы взаимодействуют в безумстве подталкивания и натяжения, которое это почти невозможно проанализировать количественно. «Все взаимодействует со всем», говорит Лорент Леллуч, теоретик с французским Национальным Центром Научного исследования в Центре Теоретической Физики в Марселе и одного из 12 физиков из Франции, Германии и Венгрии, кто выполнил новые вычисления.
Девяносто пять процентов массы нуклеона происходят из этих виртуальных частиц.Кроме того бригада взяла курс, введенный впервые в конце 1970-х, названных решеткой QCD.
В их компьютерных программах исследователи смоделировали пространство не как непрерывное, но как трехмерное множество пунктов. Они также смоделировали время как проходящий в дискретном тиканье, в противоположность течению гладко.
Это превращает пространство и время в решетку пунктов. Исследователи тогда ограничили кварк пунктами в решетке и глюонах к связям между пунктами. Решетка устанавливает самое короткое расстояние и время для взаимодействий, значительно упрощая проблему.Однако, вычисление включает миллионы переменных и требует суперкомпьютеров.
Только приблизительно с 2000 делайте попытку исследователей для включения не только всех глюонов, но и мимолетных пар антикварка кварка также. Последняя работа, сообщил сегодня в Науке, включает множество концептуальных улучшений для получения оценок массы нуклеона и девяти других частиц, сделанных из, вниз, и немного более тяжелый «странный» кварк, точный к в нескольких процентах.
Это не первое вычислительное проявление силы для физиков частицы. Пять лет назад другие сделали одинаково точные вычисления более тайных количеств – несколько легче вычислить – такие как те, которые управляют порчей частицы, названной D + мезон, содержащий вниз антикварк и тяжелый кварк «очарования», отмечает Кристин Дэвис, теоретика в Университете г. Глазго в Великобритании однако, она говорит, вычисление известных масс выдвигает на первый план способность решетки QCD для создания точных предсказаний для существенной силы. «Это – все хорошие новости для решетки QCD», говорит Дэвис, «потому что существует много вещей, что мы хотим вычислить, что экспериментаторы уже не измерились».
Например, Неджел говорит, физики все еще не знают распределение виртуальных частиц в протоне или происхождении его вращения.