Svet fyziky Hmotnosť svetlých kvarkov je presne vypočítaná
Masa protónov je známa takmer 100 rokov. Hmotnosť jeho komponentov však zatiaľ nebola presne stanovená. Nové výpočty teraz zvyšujú presnosť.
Kvarky, antikvary a gluóny
Ithaca (USA) - Protóny a neutróny, zložky každého atómového jadra, sú tvorené ešte elementárnejšími časticami - kvarkami. Výskumná skupina vedená Petrom Lepageom z Cornell University v Ithace v New Yorku teraz stanovila hmotnosť troch najľahších kvarkov na pár percent. Predchádzajúce informácie boli desať až dvadsaťkrát nepresnejšie.
Kvarky drží pohromade takzvaná silná sila - jedna zo štyroch základných síl vo vesmíre. Také silné, že je nemožné ich oddeliť a individuálne preskúmať. Namiesto toho sa neustále obklopujú ďalšími kvarkami, antikvarkami a sprostredkovateľskými časticami silnej sily, takzvanými gluónmi, a vytvárajú zložitejšie častice, ako sú protóny alebo neutróny.
"Aby sme mohli určiť hmotnosť kvarku, musíme presne pochopiť silnú silu," vysvetľuje Lepage. Za týmto účelom on a jeho tím simulujú správanie kvarkov a gluónov na veľkých superpočítačoch. Zjednodušili tým chaotickú situáciu tým, že umožnili pohyb elementárnych častíc iba po sieti - v priestore aj v čase. Čím bližšie zatiahnete sieťku, tým bližšie sa model dostane do reality.
Pomocou tejto takzvanej mriežkovej kvantovej chromodynamiky dokázali vedci vypočítať hmotnostný pomer rôznych druhov kvarku s presnosťou na jedno percento, čo je o rádovo lepšia úroveň ako predtým. Podľa toho má up kvark hmotnosť okolo 2 mega elektrónvoltov (MeV), down kvark približne 4,8 MeV a zvláštny kvark okolo 92 MeV, píšu Lepage a jeho kolegovia v časopise Physical Review Letters.
Kvarky majú ohromne veľké rozdiely v hmotnosti: najľahší je horný kvark, ktorý je 470-krát ľahší ako protón, a najťažší, horný kvark, je 180-krát hmotnejší ako protón - alebo takmer rovnako ťažký ako atóm olova. Prečo sú elementárne častice také opačné, je stále nejasné.