Oamenii de știință tocmai au atins o etapă decisivă în înțelegerea structurii materiei. Pentru prima dată, ei au reușit să cartografieze cu un nivel de detaliu fără precedent forțele care acționează în interiorul protonilor. Această descoperire, realizată printr-o colaborare internațională care include cercetători de la Universitatea din Adelaide, deschide o fereastră unică asupra infinitului de mic și a mecanismelor care guvernează Universul la scara sa cea mai fundamentală. Ea a fost prezentată într-un articol publicat în Physical Review Letters.
Prezent în nucleul fiecărui atom, protonul este mult mai complex decât pare. Departe de a fi o simplă particulă indivizibilă, este alcătuită din elemente și mai mici: quarci. Acești quarci au numărul trei într-un proton (doi quarci „sus” (up) și un quarc „jos” (down)) și sunt ținuți împreună de particule numite gluoni. Acești gluoni poartă forța tare, una dintre cele patru interacțiuni fundamentale ale fizicii, alături de gravitație, forța electromagnetică și interacțiunea slabă.
Forța puternică joacă un rol crucial în menținerea împreună a protonului. De fapt, quarcii au sarcini electrice parțiale și doi dintre ei, quarcii up, au sarcini pozitive. În teorie, această proximitate a sarcinilor identice ar trebui să provoace o repulsie electromagnetică intensă. Cu toate acestea, protonul rămâne stabil. Această coeziune o datorăm acțiunii gluonilor. Acestea acționează ca un ciment incredibil de puternic care previne împrăștierea quarcilor. Această forță este atât de intensă încât depășește cu mult atracția electromagnetică sau gravitația. În ciuda importanței sale, distribuția precisă și efectele acestei forțe puternice în interiorul protonului au rămas prost înțelese până acum. Comportamentul quarcilor și gluonilor, dinamica lor internă și modul în care aceste forțe se manifestă la nivel subatomic sunt într-adevăr fenomene extrem de dificil de observat în mod direct, deoarece ele apar la o scară de timp și spațiu incredibil de mici.
Cromodinamica cuantică (QCD) este o teorie fundamentală care descrie interacțiunile dintre aceste particule. Pentru a simula aceste interacțiuni cu mare precizie, cercetătorii de la Universitatea din Adelaide au folosit o metodă numită lattice QCD. Practic, în loc să încerce să modeleze spațiul și timpul într-un mod continuu, această metodă împarte universul într-un fel de grilă, o rețea discretă. Imaginați-vă că măriți o porțiune mică a Universului și o împărțiți în celule mici în care fiecare punct al grilei reprezintă un eveniment la un moment dat. Acest lucru face posibilă simularea și calcularea interacțiunilor dintre quarci și gluoni la aceste scări mici. Această abordare este foarte puternică, deoarece ne permite să luăm în considerare toate aspectele complexe ale interacțiunilor dintre aceste particule, chiar și cele care nu sunt ușor de prezis teoretic. Folosind computere extrem de puternice, cercetătorii pot simula aceste interacțiuni și pot prezice fenomene care nu pot fi observate direct în experimentele de laborator. Este o metodă de calcul extrem de fină, care oferă rezultate foarte precise și a permis progrese majore în înțelegerea noastră a fizicii fundamentale. „Această abordare ne oferă capacitatea unică de a vedea cum variază forța puternică în interiorul protonului”, spune profesorul asociat Ross Young de la Universitatea din Adelaide. „Este ca și cum am avea în sfârșit o hartă topografică a acestei regiuni microscopice care dezvăluie detalii care erau anterior inaccesibile.”
Calculele au dus la ceea ce poate fi cea mai mică hartă a câmpului de forță creată vreodată în natură. Rezultatele sunt impresionante: forțele interne măsurate în interiorul protonului ajung până la jumătate de milion de Newtoni. Pentru a face o idee despre mărime, acesta este echivalentul presiunii exercitate de zece elefanți pe o suprafață mult mai mică decât un nucleu atomic. Această putere de neimaginat la scara noastră arată cât de intense și dinamice sunt interacțiunile din cadrul protonilor. Aceste forțe imense explică parțial de ce protonii sunt atât de stabili și de ce joacă un rol atât de crucial în structura materiei. Rețineți că acest progres nu se limitează la cercetarea de bază. O mai bună înțelegere a structurii interne a protonilor ar putea avea într-adevăr aplicații concrete în domenii de ultimă oră. De exemplu, terapia cu protoni, o tehnică de tratare a cancerului care utilizează protoni de înaltă energie, ar putea beneficia de aceste descoperiri pentru a îmbunătăți precizia și eficacitatea tratamentelor.
În plus, aceste rezultate vor ajuta la rafinarea modelelor utilizate la Large Hadron Collider (LHC), cel mai mare accelerator de particule din lume. Înțelegând mai bine dinamica internă a protonilor, fizicienii vor putea interpreta cu mai multă acuratețe rezultatele experimentelor desfășurate în această infrastructură internațională de cercetare.
Loading ...
