Учёные значительно улучшили понимание силы удерживающей материю внутри атомных ядер
Учёные достигли самой точной на сегодняшний день оценки константы сильного взаимодействия — одного из ключевых параметров современной физики элементарных частиц, который определяет силу взаимодействия между кварками и глюонами, составляющими основу ядерного вещества. Исследование, выполненное международной группой учёных из Ирландии, Германии, Испании и Италии, позволило вдвое сократить погрешность по сравнению со всеми предыдущими экспериментальными измерениями вместе взятыми и установить новый эталон точности для Стандартной модели физики.
Одним из авторов работы стал профессор Стефан Синт из Школы математики Тринити-колледжа в Дублине. По его словам, сильное взаимодействие является одной из четырёх фундаментальных сил природы. Именно оно удерживает кварки вместе посредством обмена глюонами. В отличие от других фундаментальных взаимодействий, сила этого взаимодействия возрастает с увеличением расстояния между кварками. Такое явление известно как конфайнмент. Из-за него кварки не могут существовать поодиночке, а точные расчёты процессов сильного взаимодействия становятся чрезвычайно сложной задачей.
Константа сильной связи играет центральную роль в описании поведения кварков и глюонов внутри протонов и других адронов. Её точное значение необходимо для проверки предсказаний Стандартной модели, которая остаётся наиболее успешной теорией, описывающей элементарные частицы и их взаимодействия. Хотя эксперименты на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, включая установки ATLAS и CMS, позволяют оценивать этот параметр, точность таких измерений ограничивается необходимостью использовать модели конфайнмента, которые вносят дополнительные неопределённости.
Для преодоления этой проблемы исследователи применили передовые численные методы и масштабные суперкомпьютерные вычисления. В основе работы лежит подход, известный как решёточная квантовая хромодинамика, который позволяет моделировать взаимодействия кварков и глюонов на фундаментальном уровне. Благодаря многолетнему развитию теоретических методов и вычислительных технологий учёным удалось получить результат беспрецедентной точности.
Новая оценка константы сильного взаимодействия имеет важное значение для будущих исследований на Большом адронном коллайдере. Более точное понимание поведения кварков и глюонов позволит проводить высокоточные измерения свойств бозона Хиггса и улучшит интерпретацию данных, получаемых в столкновениях частиц высоких энергий. Кроме того, повышение точности расчётов сильных взаимодействий увеличивает вероятность обнаружения эффектов новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели.
Профессор Синт отметил, что достигнутый результат стал возможен благодаря многолетнему концептуальному прогрессу и разработке новых численных методов для крупномасштабных вычислений. Он также подчеркнул, что существует чёткий путь к дальнейшему повышению точности подобных расчётов. По его мнению, вступление Ирландии в число государств — членов ЦЕРН открывает новые возможности для более активного участия страны в фундаментальных исследованиях и развитии высокопроизводительных вычислительных систем, необходимых для решения подобных научных задач.
Полученный результат представляет собой наиболее точное на сегодняшний день определение параметра, который лежит в основе понимания структуры ядерного вещества и процессов, происходящих в мире элементарных частиц. Учёные считают, что дальнейшее совершенствование вычислительных методов позволит ещё глубже исследовать фундаментальные законы природы и приблизиться к обнаружению новых физических явлений.
Исследование в журнале Nature.