Langsung ke konten utama

Fisikawan Teoritikus Mematok Massa Up Quarks dan Down Quarks

loading...
Tinuku
(KeSimpulan) Telah lama para ilmuwan meminimalisasi ketidakpastian dalam sebuah konstanta fundamental alamiah dari 30% menjadi 1,5%, namun sebuah tim fisikawan teoritis mengklaim telah melakukan hal itu. Menggunakan superkomputer dan mind-bogglingly complex simulations, para peneliti menghitung massa partikel yang disebut "up quark" dan "down quark" yang membentuk proton dan neutron dengan presisi 20 kali lebih besar dari standar sebelumnya.

Angka tersebut bisa menjadi anugerah bagi teoritikus yang mencoba menguraikan tumbukan partikel pemukul atom terbesar seperti Europe’s Large Hadron Collider (LHC) atau mencoba untuk lebih mengembangkan dalam struktur materi. "Ini klaim berani dan harus dilihat dengan sangat hati-hati, tapi saya pikir hasilnya kuat," kata Paul Mackenzie, teoritikus dari Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, yang tidak terlibat dalam studi.

Para ilmuwan mengenal sejak tahun 1968 yang berisi proton dan neutron quark terikat oleh gaya kuat. Namun demikian, peneliti belum pernah mampu mengukur massa quark secara langsung, dan teori belum dapat menghitung dengan tepat. Alasan kebuntuan ini adalah sederhana yaitu quark berpegang pada satu sama lain begitu erat yang tidak mungkin untuk mengisolasi salah satunya dan mempelajarinya dengan tersendiri. "Anda tidak bisa hanya menempatkan sebuah quark dalam skala dan mengatakan bahwa 'Inilah massanya,'" kata Christine Davies, teoritikus dari University of Glasgow di Inggris.

Untuk membuat keadaan menjadi lebih buruk (partikel yang terdiri dari quark kompleks), secara nominal proton terdiri dari dua 'up quarks' and satu 'down quark' yang menahan bersama oleh pertukaran gluon (neutron terdiri dari dua 'down quark' dan 'up quark'). Pada kenyataannya, gluon sendiri bertukar. Dan banyak sekali pasangan quark-antiquark melayang masuk dan keluar dari keberadaannya.

Jadi proton sebenarnya tidak terhingga bergolak dari quark dan gluon, di mana tiga "valence" quark asli akan menentukan identitas proton, membuat kurang dari 2% dari massa. Quark juga datang dalam empat jenis yang lebih berat atau "flavors" (strange, charm, bottom, and top) sehingga teori tidak dapat menganalisis partikel seperti proton dalam isolasi. Sebaliknya, mereka secara bersamaan harus menjelaskan dari seluruh keluarga partikel properti yang terkait, seperti Λ, yang terdiri dari suatu up quark, down quark, dan strange quark.

Namun, dalam beberapa tahun terakhir, para fisikawan telah membuat kemajuan besar dalam menghitung sifat-sifat partikel dari quark yang disebut sebagai hadrons. Pendekatan utama adalah untuk mensimulasi partikel menggunakan kisi quantum chromodynamics atau lattice QCD. Dalam simulasi ini, peneliti memodel ruang berkesinambungan dalam Hadron sebagai grid point yang disebut lattice. Mereka juga membayangkan waktu melewati diskrit, semua yang membuat matematika jauh lebih mudah.

Peneliti menempatkan quark dan gluon pada kisi point dan superkomputer yang digunakan untuk mensimulasikan interaksi dengan menggunakan kisi-kisi yang lebih kecil dan jarak yang lebih kecil untuk mendekati Hadron nyata. Pada bulan November 2008, sebuah tim teoritikus yang berbeda mengunakannya untuk menghitung kisi QCD pada presisi tinggi dari massa proton, neutron, dan tiga partikel quark lainnya.

Sekarang, Davies dan rekan-rekan memiliki dasar dibalik proses yang terjadi di sekitarnya dan mengunakan kisi-kisi QCD untuk menghitung massa up-quark dan down-quark. Massa quark individu biasanya sebagai masukan yang sesuai untuk mendapatkan nilai yang tepat selama perhitungan sifat-sifat Hadron. Mungkin tampaknya fisikawan hanya bisa menulis angka-angka dan tuntutan masalah dipecahkan, tetapi akan sulit.

Nilai-nilai yang tepat dari massa quark tergantung pada metode matematis yang digunakan dalam simulasi. Selain itu, masing-masing massa quark keluar dengan ketidakpastian yang cukup besar. Namun, Davies dan rekan menemukan cara untuk menyiasati masalah tersebut. Tidak hanya mencoba untuk menghitung massa dari setiap jenis quark independen, mereka juga menghitung rasio dari massa.

Secara khusus, mereka menghitung rasio massa charm-quark dengan massa strange-quark. Dikombinasikan dengan perhitungan dari kelompok lain rasio massa strange-quark untuk massa up-quark dan masa down-quark. Rasio keluar dengan ketidakpastian yang semakin lebih kecil, kata G. Peter Lepage, anggota tim dari Cornell University. Dan mereka dapat mengkombinasikan dengan nilai yang sudah diketahui pada masa charm-quark (yang lebih mudah untuk menentukan karena sekitar 500 kali lebih besar) untuk pastikan massa quark yang paling ringan.

Para peneliti melaporkan pada minggu ini di Physical Review Letters. Tim menemukan bahwa sebauh up quark memiliki berat 2.01+/-0.14 megaelectron-volts, sedangkan sebuah down quark 4,79+/ -0,16 MeV. Itu 0,214% dan 0,510% dari massa proton masing-masing.

Mengetahui massa light-quark adalah "mutlak dan penting dalam banyak cara," kata Mackenzie. Massa membantu memprediksi pukulan partikel di LHC dan seperti di tempat lain yang harus mengikuti "model standar teori." Pada gilirannya, perhitungan tersebut merupakan kunci untuk spotting perbedaan yang mungkin menunjuk ke partikel baru atau sebuah fenomena. Terlebih lagi (model standar memperlakukan massa quark dengan sewenang-wenang) fisikawan berharap untuk mengembangkan teori-teori yang bisa menjelaskan lebih dalam, misalnya, mengapa mereka memiliki nilai-nilai dalam prosesnya. Massa quark akan memberikan tolok ukur yang penting untuk usaha tersebut, kata Mackenzie.

Namun, Norman Christ, teoritikus di Columbia University, mengatakan bahwa Davies dan rekan-rekan membuat asumsi tertentu dan perkiraan dalam perhitungan khusus mereka, haruslah diuji. "Anda ingin melihatnya dikonfirmasi independen, mudah-mudahan kelompok yang bersaing berusaha untuk memperlihatkan yang salah dan yang lain mengakui hasil mereka dan setuju," kata Christ.
Ikuti sains dan teknologi terkini di: Laporan Penelitian
Update via: Google+ Twitter Facebook Pinterest YouTube
Kesimpulan.com menerima konten tentang teknologi, sains, lingkungan dan bisnis dari siapa saja. Kami siap untuk publikasi dan press release. Informasi lanjut kunjungi laman ini.

Komentar