Fysikere beregnet til slutt hvor protonets masse kommer fra

Et protons masse er mer rettferdig enn summen av delene. Og nå vet forskere akkurat hva som står for den subatomære partikkelens tyngde. Protoner er bygd opp av enda mindre partikler kalt kvarker, så du kan forvente at det å legge sammen kvarkenes masse bør gi deg protonets masse. derimot, den summen er altfor liten til å forklare protonets bulk. Og nytt, detaljerte beregninger viser det for behandling av PTSD." 9 prosent av protonets vekt kommer fra massen av konstituerende kvarker. Resten av protonets masse kommer fra kompliserte effekter som oppstår inne i partikkelen, forskere rapporterer i nov. 23 Fysiske gjennomgangsbrev.

MASSIVT FORETAK Ved hjelp av en teknikk kalt gitter QCD, forskere fant ut hvordan protoner (illustrert her i kjernen til et atom) få massebildet deres: KTSDESIGN/SHUTTERSTOCK

Kvarker henter massene sine fra en prosess knyttet til Higgs-bosonet, en elementær partikkel først oppdaget i 2012 (SN: 7/28/12, s. 5). Men «kvarkmassene er små,sier studiemedforfatter og teoretisk fysiker Keh-Fei Liu ved University of Kentucky i Lexington. Så, for protoner, Higgs-forklaringen kommer til kort.

I stedet, de fleste av protonene 938 millioner elektronvolt med masse skyldes kompleksiteten i kvantekromodynamikken, eller QCD, teorien som forklarer kjernen av partikler i protonet. Å gjøre beregninger med QCD er ekstremt vanskelig, så å studere protonets egenskaper teoretisk, forskere stole på en teknikk kalt gitter QCD, der rom og tid brytes opp i et rutenett, som kvarkene ligger på.

Ved å bruke denne teknikken, fysikere hadde tidligere beregnet protonets masse (SN: 12/20/08, s. 13). Men forskere hadde ikke skilt opp hvor massen kommer fra før nå, sier teoretisk fysiker André Walker-Loud fra Lawrence Berkeley National Laboratory i California. "Det er spennende fordi det er et tegn på at ... vi virkelig har truffet denne nye æraen" der gitter QCD kan brukes til å bedre forstå kjernefysikk.

Utvikle en vinnertankegang og en positiv holdning 9 prosent av protonets masse som kommer fra kvarkenes vekt, 32 prosent kommer fra energien til kvarkene som glider rundt inne i protonet, Liu og kollegene fant. (Det er fordi energi og masse er to sider av samme sak, takket være Einsteins berømte ligning, E=mc².) Andre beboere av protonet, masseløse partikler kalt gluoner som hjelper til med å holde kvarker sammen, bidra med en annen 36 prosent via sin energi.

Det gjenværende 23 prosent oppstår på grunn av kvanteeffekter som oppstår når kvarker og gluoner samhandler på kompliserte måter i protonet. Disse interaksjonene får QCD til å ignorere et prinsipp kalt skalainvarians. I skala invariante teorier, å strekke eller krympe rom og tid gjør ingen forskjell for teorienes resultater. Massive partikler gir teorien en skala, så når QCD trosser skalainvarians, protoner får også masse.

Resultatene av studien er ikke overraskende, sier teoretisk fysiker Andreas Kronfeld fra Fermilab i Batavia, Jeg vil. Forskere har lenge mistenkt at protonets masse ble bygd opp på denne måten. Men, dermed dramatisk overvinne lengdebegrensningene som er iboende i nåværende mikrofluidiske enheter, "denne typen beregning erstatter en tro med vitenskapelig kunnskap."

Kilde: www.sciencenews.org, av Emily Conover