دانشمندان با شبیه‌سازی‌های ابررایانه‌ای توزیع بار در مزون‌ها را پیش‌بینی کردند

فیزیکدانان نظری هسته‌ای در آزمایشگاه ملی بروکهاون وزارت انرژی ایالات متحده نشان داده‌اند که محاسبات پیچیده ابررایانه‌ای می‌تواند توزیع بارهای الکتریکی در مزون‌ها – ذراتی متشکل از یک کوارک و یک پادکوارک – را با دقت پیش‌بینی کند. محققان امیدوارند با استفاده از شتاب‌دهنده آینده الکترون-یون (EIC) که در حال ساخت در آزمایشگاه بروکهاون است، مزون‌ها و همچنین خانواده گسترده‌تری از ذرات به نام هادرون‌ها (شامل همه ذرات ساخته شده از کوارک‌ها) را در آزمایش‌های پرانرژی بررسی کنند. این پیش‌بینی‌ها و اندازه‌گیری‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند چگونه کوارک‌ها و گلون‌ها (ذراتی که کوارک‌ها را به هم متصل می‌کنند) جرم و ساختار تقریباً تمام ماده مرئی را ایجاد می‌کنند.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، سوغاتو موکرجی، نظریه‌پرداز آزمایشگاه بروکهاون و رهبر این تحقیق، می‌گوید: «هدف اصلی علمی EIC، درک چگونگی شکل‌گیری خواص هادرون‌ها، از جمله مزون‌ها و پروتون‌ها و نوترون‌های آشنا، از توزیع کوارک‌ها و گلون‌های تشکیل‌دهنده آن‌ها است.» سبک‌ترین مزون، پیون، نقش کلیدی در نیروی قوی هسته‌ای دارد که پروتون‌ها و نوترون‌ها را در هسته‌های اتمی به هم متصل می‌کند. با بررسی اسرار پیون‌ها، پروتون‌ها و سایر هادرون‌ها، EIC به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند چگونه همه چیز ساخته شده از اتم‌ها، به همان شکلی که هست، به هم چسبیده است.

پیش‌بینی‌های جدید که اخیراً در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، با اندازه‌گیری‌های آزمایش‌های کم‌انرژی در تاسیسات شتاب‌دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی (جفرسون لب) – شریک بروکهاون در ساخت EIC – همخوانی خوبی دارد و به محدوده پرانرژی برنامه‌ریزی شده برای آزمایش‌ها در تاسیسات جدید گسترش می‌یابد. این پیش‌بینی‌ها اهمیت زیادی دارند زیرا مبنایی برای مقایسه زمانی که آزمایش‌های EIC در اوایل دهه 2030 آغاز شود، فراهم خواهند کرد.

با این حال، یافته‌ها فراتر از ایجاد انتظارات برای یک اندازه‌گیری خاص در EIC است. همان‌طور که در مقاله توضیح داده شده است، دانشمندان از پیش‌بینی‌های خود – همراه با محاسبات اضافی مستقل ابررایانه‌ای – برای تأیید رویکردی که به طور گسترده برای رمزگشایی خواص ذرات استفاده می‌شود، بهره برده‌اند. این رویکرد که به نام فاکتورگیری شناخته می‌شود، فرآیندهای فیزیکی پیچیده را به دو مؤلفه یا عامل تقسیم می‌کند. اعتبارسنجی فاکتورگیری امکان پیش‌بینی‌های بسیار بیشتری در EIC و تفسیر مطمئن‌تر نتایج تجربی را فراهم خواهد کرد.

برای بررسی ساختار درونی هادرون‌ها، EIC الکترون‌های پرانرژی را با پروتون‌ها یا هسته‌های اتمی برخورد می‌دهد. فوتون‌های مجازی یا ذرات نور ساطع شده از الکترون، به آشکار کردن خواص هادرون کمک می‌کنند – نوعی مانند میکروسکوپ برای بلوک‌های سازنده ماده.

برخوردها در EIC اندازه‌گیری‌های دقیقی از فرآیندهای پراکندگی فیزیکی مختلف را فراهم می‌کند. برای تبدیل این اندازه‌گیری‌های دقیق به تصاویر با وضوح بالا از بلوک‌های سازنده ماده در داخل هادرون‌ها، دانشمندان به فاکتورگیری متکی هستند. این رویکرد نظری، اندازه‌گیری آزمایشی – به عنوان مثال، توزیع بارهای الکتریکی در مزون‌ها – را به دو مؤلفه تقسیم می‌کند تا دانشمندان بتوانند از دانش دو بخش فرآیند برای استنباط اطلاعات در مورد قسمت سوم استفاده کنند. برای مشاهده تازه ترین خبرها به صفحه اخبار علمی رسانه تکنا مراجعه کنید.