Genombrott inom kvantkromodynamik: Nya fynd från Mainz!

Genombrott inom kvantkromodynamik: Nya fynd från Mainz!

Fysiker vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har gjort innovativa framsteg inom fysik av starka interaktioner. Resultaten av denna forskning, ledd av Prof. Dr. Georg von Hippel och Dr. Konstantin Ottnad, publicerades i den berömda vetenskapliga tidskriftenFysiska granskningsbrevpubliceras. Dessa studier fokuserar på kvantkromodynamik (QCD), den grundläggande teorin bakom starka interaktioner som förklarar egenskaperna hos atomkärnor.

QCD beskriver växelverkan mellan kvarkar och gluoner, byggstenarna för protoner och neutroner. Dessa två partiklar består var och en av tre kvarkar, som förekommer i bundna tillstånd som kallas hadroner. Historiskt sett postulerades kvarkars existens av Murray Gell-Mann 1964, för vilket han fick Nobelpriset 1969. Trots deras grundläggande roll i materien har kvarkar ännu inte direkt observerats.

Avancerar genom gitter QCD

I sin forskning använder forskarna grid QCD, en metod som gör att de komplicerade ekvationerna av QCD kan simuleras på ett diskret rutnät. Detta är särskilt användbart eftersom de matematiska ekvationerna för QCD är extremt svåra att lösa på konventionellt sätt. Lattice QCD har gjort det möjligt att beräkna massorna av protoner och andra partiklar mer exakt och att få insikter i de tidiga universums förhållanden när kvarkar och gluoner existerade fritt.

De nuvarande beräkningarna har ökat noggrannheten i resultaten med mer än tio gånger jämfört med tidigare studier. Särskild uppmärksamhet ägnades åt en tidigare svårfångad lågenergikonstant som beskriver pionens interaktion med Higgsfältet. Detta är nu exakt bestämt för första gången. Användningen av superdatorer från Gauss Center for Supercomputing e. V. och Mainz högpresterande datorkluster var avgörande för framgången med dessa beräkningar.

Framtida mål för forskningen

Förutom att bestämma lågenergikonstanten som nämns ovan, är framtida forskningsmål att bestämma kaonernas radier och att bättre förstå de fysiska ögonblicken av kvarkar. Arbetet förstärker vikten av den starka interaktionen, som i många fall överstiger den elektriska repulsionen mellan protoner. Begreppet asymptotisk frihet är också tydligt i QCD, som beskriver att interaktionen mellan kvarkar minskar på små avstånd.

De senaste resultaten från Mainz-fysikerna utökar inte bara vår förståelse av kvantkromodynamik, utan öppnar också för nya perspektiv för experimentell och teoretisk fysik. De betydande framstegen inom gitter QCD och den rika information som genereras av datorsimuleringar förstärker den centrala rollen för denna teori i standardmodellen för elementarpartikelfysik.

Sammanfattningsvis är arbetet i Mainz ett imponerande exempel på hur modern teknik och teoretisk fysik samverkar för att låsa upp universums djupaste hemligheter och få insikt i naturens grundläggande krafter.

presse.uni-mainz.de rapporterar att Mainz-fysikernas exakta beräkningar är baserade på de komplexa teoretiska grunderna för Kvantkromodynamik baserat, som beskriver den starka interaktionen som kvantfältteori, medan weltderphysik.de belyser det historiska sammanhanget och utmaningarna för att lösa QCD-ekvationerna.