Αποκαλύφθηκαν οι μάζες κοινών κουάρκ

Μια έρευνα με επικεφαλής τον καθηγητή της Φυσικής Peter Lepage του πανεπιστημίου του Cornell έχει υπολογίσει τη μάζα των τριών ελαφρύτερων κουάρκ και, ως εκ τούτου, πιο δύσκολων στον υπολογισμό της μάζας τους: του πάνω (up), του κάτω (down) και του παράξενου (strange).

Τα κουάρκ βρίσκονται μέσα σε μια σούπα από κουάρκ, αντικουάρκ και γκλουόνια μέσα σε ένα πρωτόνιο ή νετρόνιο. Ο προσδιορισμό της μάζας τους ήταν δύσκολος, λόγω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης που τα συνδέει

Σύμφωνα με τα αποτελέσματά τους, το up κουάρκ έχει μάζα ισοδύναμη με περίπου 2 Mev, το down κουάρκ με περίπου 4,8 MeV, και το strange κουάρκ περίπου 92 MeV.

Τα κουάρκ, τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία κατασκευάζονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, είχαν μέχρι τώρα δυσκολία να τα ‘ζυγίσουμε’ με ακρίβεια. Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον φυσικό του Cornell Peter Lepage έχει υπολογίσει, με μεγάλη ακρίβεια (πολύ μικρό περιθώριο σφάλματος), τη μάζα των τριών ελαφρύτερων κουάρκ: του πάνω, του κάτω και του παράξενου.

Τα ευρήματα της επιστημονικής ομάδας μείωσαν κατά πολύ την αβεβαιότητα των μαζών των κουάρκ κατά 10 έως 20 φορές κάτω. Οι επιστήμονες γνωρίζουν τη μάζα του πρωτονίου εδώ και σχεδόν έναν αιώνα, αλλά η ακριβής μέτρηση της μάζας των επιμέρους κουάρκ μέσα του είναι μια συνεχής πρόκληση. Τα κουάρκ συγκρατούνται μεταξύ τους με τη λεγόμενη ισχυρή δύναμη – τόσο ισχυρή, ώστε είναι αδύνατο να τα διαχωρίσουμε και να τα μελετήσουμε. Αυτά βρίσκονται σε μια σούπα από άλλα κουάρκ, αντικουάρκ και γκλουόνια, που είναι ένας άλλος τύπος σωματιδίου.

Για να προσδιοριστεί η μάζα των κουάρκ, εξήγησε ο Lepage, ήταν απαραίτητο να κατανοήσουμε πλήρως την ισχυρή δύναμη. Η ομάδα αντιμετώπισε το πρόβλημα με μεγάλους υπερυπολογιστές που τους επέτρεψε να προσομοιώνουν τη συμπεριφορά των κουάρκ και των γκλουονίων στο εσωτερικό των πρωτονίων.

Τα κουάρκ πρέπει να ξέρουμε ότι έχουν ένα εκπληκτικά ευρύ φάσμα μαζών. Το ελαφρύτερο είναι το πάνω (up) κουάρκ, που είναι 470 φορές πιο ελαφρύ από ένα πρωτόνιο. Το βαρύτερο, το κορυφαίο ή top κουάρκ, είναι 180 φορές βαρύτερο από ένα πρωτόνιο – ή σχεδόν όσο ένα ολόκληρο άτομο του μολύβδου.

"Γιατί λοιπόν αυτές οι τεράστιες αναλογίες μεταξύ της μάζας των κουάρκ; Πρόκειται για ένα από τα μεγάλα μυστήρια στη θεωρητική φυσική τώρας,” αναγνωρίζει ο Lepage. "Πράγματι, δεν είναι σαφές γιατί τα κουάρκ έχουν μάζα." Πρόσθεσε δε ότι ο νέος επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών πρωτονίων LHC στη Γενεύη κατασκευάστηκε για να αντιμετωπίσουμε και αυτό το ζήτημα.

Η μελέτη έχει δημοσιευτεί στο Physical Review Letters.

Πηγή: PhysOrg.com