Meghatározták a kvarkok tömegét

A kvarkok azok a részecskék, amelyek a protonokat és a neutronokat is alkotják, azaz a tudomány jelenlegi állása szerint a legapróbb ismert építőelemei az univerzumnak. Bár a proton tömegét már közel száz éve ismeri a tudomány, a kvarkok létezéséről pedig a kvantumfizikusoknak jó ideje tudomásuk van, megfelelően pontos számításokat mindeddig nem sikerült végezni velük kapcsolatban, mivel olyan aprók és észlelhetetlenek.

A New York-i Cornell Egyetem tudóscsoportja a számítások elvégzéséhez több szuperszámítógépet is felhasznált, és a három legnehezebben mérhető - és egyben legkisebb tömegű - kvark, az úgynevezett u-kvark, a d-kvark és s-kvark tömegének megközelítőleg pontos értékét számolták ki. A G. Peter Lepage fizikaprofesszor által vezetett csoport eredményeinek hála a töredékére, mindössze néhány százaléknyira csökkent a kvarkok tömegével kapcsolatos számításokban a bizonytalansági tényező.

A kvarkok közötti kapcsolatot az úgynevezett erős kölcsönhatás hozza létre. Ennek köszönhető egyik legfurcsább tulajdonságuk is, hogy minél távolabb vannak egymástól, a közöttük lévő kapcsolat annál erősebb. Az erős kölcsönhatás miatt lehetetlen az egyes kvarkokat elkülöníteni egymástól és úgy vizsgálni, erre csak abban a részecskelevesben van lehetőség, amelyben az antikvarkokkal és a gluonokkal, a kölcsönhatást közvetítő részecskékkel együtt léteznek. A tudósok ezért nem önmagukban vizsgálták őket, hanem szuperszámítógépekkel olyan szimulációkat futtattak, amelyek segítségével képesek volt a modellezni viselkedésüket a protonokon és neutronokon belül.

Mint arra fény derült, a kvarkok tömege típusuktól függően igen széles skálán mozoghat. A legkönnyebb az u-kvark, amely 470-szer könnyebb egy protonnál, a legsúlyosabb t-kvark viszont, amely a proton tömegének 180-szorosával rendelkezik. "Az, hogy miért van ekkora különbség a kvarkok tömege között, jelenleg az elméleti fizika egyik legnagyobb rejtélye. Valójában még azt sem tudjuk, miért van egyáltalán tömegük" - nyilatkozta Lepage professzor, aki elmondta, hogy mindezt megválaszolni a jövőben a svájci LHC részecskegyorsító egyik feladata lesz.