Стоте дрехи на чармония: „луковата“ структура на мезона изненада учените
А този, който го „ съблече “, ще открие тайните на Вселената.
Изчисленията на китайски и американски физици демонстрират, че мезонът на чармония има неповторима конструкция, сходна на луковица. Използвайки опростена версия на квантовата хромодинамика (QCD) и обширни компютърни симулации, учените откриха, че субатомната парченце „ чармоний “ се състои от вложени пластове, всеки от които съдържа разнообразни типове съставни частици.
Членът на изследователския екип Синбо Джао от Института по модерна физика и Китайската академия на науките изясни, че чармоният е формиран най-вече от двойка чарм-кварк и антикварк, което го прави един от най-простите адрони.
„ Съставящите го кварки са доста солидни спрямо кварките, които образуват протоните и неутроните “,
отбеляза Джао.
Той също по този начин съпостави чармония с водородния атом в квантовата хромодинамика, наблягайки неговата фундаменталност и елементарност, което разрешава по-задълбочено схващане на взаимоотношенията, определящи свойствата му.
Силното взаимоотношение
Силното взаимоотношение свързва кварките в съставни обекти, наречени адрони (които включват мезони като чармония), посредством продан на глуони. Това е сходно на метода, по който електромагнитните взаимоотношения сред заредените частици се предават посредством фотони – кванти на електромагнитното поле. Теорията на мощните взаимоотношения, квантовата хромодинамика, обаче е доста по-сложна от квантовата електродинамика, която разказва електромагнитното взаимоотношение. Тази трудност затруднява точното пресмятане на свойствата на адроните.
В неотдавнашно проучване Жао и сътрудниците му учат чармония, употребявайки опростена доктрина, в която броят на положенията на съставните частици е изкуствено стеснен и не са регистрирани всички комплицирани аспекти на кварковите взаимоотношения. Този метод, прочут като светлинно-фронтова квантификация, разреши на екипа да пресметна разпределението на масата и налягането в естетика. В математическия уред на QCD тези разпределения са кодирани в гравитационни форм-фактори.
Разпределението на силата и силата
„ Гравитационните форм-фактори разказват по какъв начин даден адрон, да вземем за пример протон, взаимодейства с гравитон – квантовата парченце на гравитацията “, споделя Джао. „ Те са забавни, защото кодират разпределението на силата и силата в един адрон “.
Познаването на тези фактори на формата разреши на откривателите да дефинират структурата на чармония, показвайки къде са ситуирани постоянните чарм и античарм кварки (наречени валентни кварки), както и областите, заети от виртуални кварки, които непрекъснато се пораждат и изчезват във вакуума (наречени дребни партони).
Изследването сподели също, че структурата на чармония включва виртуални адрони като пиони, каони и мюзони, както и глюболи, формирани единствено от глюони.
„ Открихме, че чармоният е многослойна система – нещо като лук! “, изяснява Джао. „ В центъра се намират валентните кварки, заобиколени от дребните партиони. Външните пластове на чармония се състоят от глюоболи и облаци от мезони. Тази слоеста конструкция подхожда на картината, открита при опитите с високи сили “.
Потвърждение и последствия
Тези резултати съставляват забележителен прогрес в разбирането на мощните взаимоотношения и удостоверяват, че приблизителните способи могат точно да опишат пробните данни. Учените считат, че получените от тях разпределения на масата и налягането навътре в чармония могат да бъдат измерени с висока акуратност в бъдещи опити с високи сили, като да вземем за пример плануваните за строящия се в Съединени американски щати електронно-йонен колайдер. Това ще удостовери в допълнение метода за количествено установяване на светлинния фронт.
„ Намирам тази работа за доста забавна по две аргументи “, споделя Фолкер Буркерт от Националния ускорителен център „ Томас Джеферсън “ във Вирджиния, който не е взел участие в проучването. „ Първо, изследва се специфичен тип адрон, състоящ се от един чарм-кварк и един антикварк, които са доста по-тежки от кварките в протона. Второ, забавно е, че структурата на налягането на тази парченце има няколко точки на секване на нулата, което може да демонстрира съществуването на съвсем несвързани области на налягането. Би било извънредно забавно, в случай че това може да се удостовери пробно “.
Перспективи и провокации
Чжао и сътрудниците му се надяват да усъвършенстват своя метод, с цел да изследват структурата на чармония с още по-голяма точност. Така да вземем за пример техният способ към момента не е в положение да разграничи приноса на глюболите и мезоните към най-външната обвивка на чармония. Също по този начин непрекъснатото рационализиране на компютърните технологии, нужни за такива калкулации, би трябвало да усъвършенства точността на техните разбори и да разреши методът да бъде прибавен за проучване на други адрони.
„ В бъдеще имаме намерение да разтеглим нашия способ, с цел да изследваме протоните, неутроните и даже ядрата “, заключи Джао. „ За комплицирани системи като протона глюоните играят решаваща роля. Нуждаем се от по-добро отнасяне на тези взаимоотношения и, което е по-важно, от усъвършенствана изчислителна скица, която да се оправи с огромния размер калкулации. Светлинно-фронтовото квантообразуване е предопределено да реализира това на суперкомпютри от близкото бъдеще или, в идеалния случай, на бъдещите квантови компютри “.
Това може да стане по-скоро от упованието, тъй като бяха измислени по този начин наречените „ логичен кубити: формирани от прочут брой общоприети кубити, като взаимната има работа понижава грешките, типични за квантовите компютри. По принцип логическите кубити (кубитите, свързани посредством квантово заплитане) понижават грешките в квантовите компютри, като съхраняват едни и същи данни на разнообразни места. По този метод се диверсифицират точките на щета при осъществяване на калкулации.
Наскоро показаната нова машина на QuEra, с 256 физически и 10 логичен кубита, ще стартира да се продава в края на 2024 година Това се вижда в известието, оповестената в Nature публикация на откриватели от Харвард, QuEra и няколко други институции. Статията разказва работещ квантов компютър, съдържащ 48 логичен кубита (най-големият брой логичен кубити, тествани до момента).
