Один из больших теоретических вызовов, стоящих перед физиками, это необходимость понять, как самые крошечные элементарные частицы дают начало большинству массы видимой Вселенной.

Крошечные частицы, называющиеся кварками и глюонами - строительные блоки для таких более крупных частиц, как протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, формируют атомы. Однако кварки и глюоны ведут себя совсем по-другому, чем те большие частицы, делая их изучение более трудным.

Джон Неджел, W.A. Профессор Колледжа физики в MIT, говорил о теории, которая управляет взаимодействиями кварков и глюонов, известной как квантовая хромодинамика (QCD), на ежегодном собрании в Бостоне  Американской Ассоциации развития науки 17 февраля.

Дж. Неджел рассказал, как ученые используют суперкомпьютеры и понятие, названное, теория решётчатого поля, чтобы выяснять поведение кварков и глюонов, мельчайших известных частиц.

"Попытки выявления фундаментальных элементов строения природы привели к последовательному изучению слоев миров в пределах миров", - говорит Неджел, работающий также в Лаборатории ядерных исследований MIT.

Молекулы состоят из атомов, атомы от электронов и ядер, ядра из протонов и нейтронов. Их взаимодействия совершенно поняты. Следующий шаг в работе должен помочь понять, как взаимодействуют кварки и глюоны, что чрезвычайно отличается от взаимодействия больших частиц, и требуют особого подхода к их изучению.

Некоторые факторы взаимодействия кварков и глюонов делают их более сложными для изучения. Во-первых, кварки ограничены пределами большей частицы, таким образом, они не могут быть отделены и изучены в изоляции. Кроме того, сила взаимодействия между двумя кварками увеличивается, когда они расходятся, тогда как эта сила между ядром и электроном или двумя нуклеонами в ядре слабеет при увеличении расстояния.

Эти отличия можно объяснить качеством асимптотической свободы, за которую Дэвид Гросс, Дэвид Политзер и Франк Вилкзек MIT, Герман Фешбак (1942) профессор физики, получили Нобелевскую премию за 2004 год. Эта качество описывается как сила, произведенная обменом глюонов, которая ослабевает, когда кварки сближаются, и увеличивается при удалении. Как следствие, ни один из используемых аналитических методов, не может быть использован для успешного разрешения проблем ядерной физики, чтобы изучать кварки и глюоны.

Поэтому физики используют теорию решётчатого поля с целью изучения взаимодействия QCD. Используя большие суперкомпьютеры, исследователи могут проанализировать QCD, представляя пространство-время четырехмерной решеткой отдельных пунктов, как кристалл.

Вычисления выполняются компьютерами, специально выполннными для этой цели, типа 360-teraflop BlueGene/L в Ливерморской национальной лаборатории в Ловерсе.

Дж. Неджел рассказывает об основных идеях относительно того, как QCD использует решетки пространство-время и показывает избранные результаты вычисления фундаментальных свойств протонов, нейтронов и другогих сильно взаимодействующих частиц.

Энн Трафтон, M.I.T. News Office

Ссылка: http://web.mit.edu/newsoffice/2008/aaas-quarks-0217.html