Physiker schließlich berechnet, wo die Masse des Protons kommt aus

Ein Protons Masse ist gerechter als die Summe seiner Teile. Und jetzt Wissenschaftler wissen genau, was für die subatomaren Teilchens heft Konten. Protonen sind aus noch kleineren Teilchen, den Quarks, so dass Sie vielleicht erwarten, dass einfach Aufsummierung der Massen Quarks sollten Sie die Masse des Protons geben. jedoch, diese Summe ist viel zu klein, um die Protons Masse zu erklären. Und neu, detaillierte Berechnungen zeigen, dass nur 9 Prozent des heftes des Protons kommt aus der Masse der konstituierenden Quarks. Der Rest der Masse des Protons kommt von komplizierten Effekte im Inneren des Partikels auftreten, Forscher berichten im November. 23 Physical Review Letters.

MASSIVE UNTERNEHMEN Mit einer Technik namens Gitter-QCD, Wissenschaftler herausgefunden, wie Protonen (hier im Kern eines Atoms dargestellt) erhalten ihre Masse Photo: Ktsdesign / SHUTTERSTOCK

Quark bekommt ihre Massen von einem Prozess mit dem Higgs-Boson verbunden, ein Elementarteilchen detektierten ersten in 2012 (SN: 7/28/12, p. 5). Aber „die Quarkmassen sind winzig,“, Sagt Studie Co-Autor und theoretische Physiker Keh-Fei Liu von der University of Kentucky in Lexington. So, für Protonen, die Erklärung Higgs Unterschreiten.

Stattdessen, die meisten der Protons 938 Millionen Elektronenvolt der Masse aufgrund Komplexität der Quantenchromodynamik, oder QCD, Die Theorie, die für das Buttern von Teilchen innerhalb des Protons ausmacht. Herstellung Berechnungen mit QCD ist extrem schwierig,, so, um die Eigenschaften des Protons zu studieren theoretisch, Wissenschaftler stützen sich auf eine Technik Gitter-QCD genannt, in dem Raum und Zeit werden in einem Raster aufgebrochen, auf denen der Quark residiert.

Mit dieser Technik, Physiker hatte zuvor berechnet die Protons Masse (SN: 12/20/08, p. 13). Aber Wissenschaftler hatten nicht divvied wo die Masse von bis jetzt kommt, sagt theoretische Physiker André Walker zur laut von Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien. „Es ist spannend, weil es ein Zeichen ist, dass ... wir haben wirklich diese neue Ära Hit“ in dem Gitter-QCD verwendet werden können, um eine bessere Kernphysik zu verstehen.

In Ergänzung zu 9 Prozent der Masse des Protons, die aus Quarks’ heft kommen, 32 Prozent kommen von der Energie des Quarks um im Innern des Protons zippen, Liu und Kollegen gefunden. (Das ist, weil Energie und Masse sind zwei Seiten derselben Medaille, dank berühmte Gleichung Einsteins, E = mc².) Andere Insassen des Protons, masselos Partikel Gluonen genannt, die zusammen halten Quark helfen, beitragen andere 36 Prozent über ihre Energie.

Der Rest 23 Prozent ergibt sich aufgrund von Quanteneffekten, die auftreten, wenn Quarks und Gluonen in komplizierte Weise innerhalb des Protons in Wechselwirkung treten. Diese Wechselwirkungen QCD verursachen ein Prinzip genannt Skaleninvarianz mißachten. In skaleninvarianten Theorien, Dehnung oder Schrumpfung Raum und Zeit keinen Unterschied zu den Theorien der Ergebnisse macht. Massive Teilchen stellen die Theorie mit einer Skala, so, wenn QCD Skaleninvarianz trotzt, Protonen gewinnen auch Massen.

Die Ergebnisse der Studie sind nicht überraschend, sagt theoretischen Physiker Andreas Kronfeld von Fermilab in Batavia, Krank. Wissenschaftler haben lange vermutet, dass die Masse des Protons wurde auf diese Weise hergestellt. Aber, er sagt, „Diese Art der Berechnung ersetzt einen Glauben mit wissenschaftlichen Erkenntnissen.“

Quelle: www.sciencenews.org, von Emily Conover