I fisici hanno finalmente calcolato da dove proviene la massa del protone

La massa di un protone è più giusta della somma delle sue parti. E ora gli scienziati sanno esattamente cosa spiega il peso della particella subatomica. I protoni sono costituiti da particelle ancora più piccole chiamate quark, quindi potresti aspettarti che la semplice somma delle masse dei quark ti dia la massa del protone. tuttavia, quella somma è troppo piccola per spiegare la massa del protone. E nuovo, calcoli dettagliati lo dimostrano solo 9 percentuale del peso del protone deriva dalla massa dei quark costituenti. Il resto della massa del protone deriva da complicati effetti che si verificano all'interno della particella, i ricercatori riferiscono nel nov. 23 Lettere di revisione fisica.

IMPRESA MASSIMA Utilizzando una tecnica chiamata QCD reticolare, gli scienziati hanno capito come funzionano i protoni (illustrato qui nel nucleo di un atomo) ottenere la loro foto di massa: KTSDESIGN/STOCK

I quark ottengono le loro masse da un processo connesso al bosone di Higgs, una particella elementare rilevata per la prima volta 2012 (SN: 7/28/12, p. 5). Ma “le masse dei quark sono minuscole," afferma il coautore dello studio e fisico teorico Keh-Fei Liu dell'Università del Kentucky a Lexington. Così, per i protoni, la spiegazione di Higgs non è all'altezza.

Anziché, la maggior parte dei protoni 938 milioni di elettronvolt di massa è dovuto alla complessità della cromodinamica quantistica, o QCD, la teoria che spiega l'agitazione delle particelle all'interno del protone. Fare calcoli con QCD è estremamente difficile, quindi per studiare teoricamente le proprietà del protone, gli scienziati si affidano a una tecnica chiamata QCD reticolare, in cui spazio e tempo sono scomposti in una griglia, su cui risiedono i quark.

Usando questa tecnica, i fisici avevano in precedenza calcolato la massa del protone (SN: 12/20/08, p. 13). Ma gli scienziati non avevano spartito da dove provenisse quella massa fino ad ora, afferma il fisico teorico André Walker-Loud del Lawrence Berkeley National Laboratory in California. "È eccitante perché è un segno che... siamo davvero entrati in questa nuova era" in cui il QCD a reticolo può essere utilizzato per comprendere meglio la fisica nucleare.

e applicazione degli insegnamenti di questo corso 9 percentuale della massa del protone che deriva dal peso dei quark, 32 la percentuale deriva dall'energia dei quark che sfrecciano all'interno del protone, Liu e colleghi hanno trovato. (Questo perché energia e massa sono due facce della stessa medaglia, grazie alla famosa equazione di Einstein, E=mc².) Altri occupanti del protone, particelle prive di massa chiamate gluoni che aiutano a tenere insieme i quark, contribuire con un altro 36 per cento attraverso la loro energia.

Il resto 23 la percentuale si verifica a causa degli effetti quantistici che si verificano quando quark e gluoni interagiscono in modi complicati all'interno del protone. Tali interazioni fanno sì che la QCD trasgredisca un principio chiamato invarianza di scala. Teorie invarianti di scala, allungare o restringere lo spazio e il tempo non fa differenza per i risultati delle teorie. Le particelle massicce forniscono alla teoria una scala, quindi quando QCD sfida l'invarianza di scala, anche i protoni acquistano massa.

I risultati dello studio non sono sorprendenti, afferma il fisico teorico Andreas Kronfeld del Fermilab a Batavia, Malato. Gli scienziati sospettavano da tempo che la massa del protone fosse composta in questo modo. Ma, il programma ha inventato nuove combinazioni di sequenze che non assomigliano a nulla che si trovi in ​​natura: ha dedotto un modo completamente unico per risolvere il problema, "questo tipo di calcolo sostituisce una credenza con la conoscenza scientifica".

fonte: www.sciencenews.org, di Emily Conover