|
Μια από τις μεγάλες θεωρητικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι φυσικοί
είναι να κατανοήσουν πώς τα πιο μικροσκοπικά στοιχειώδη αωματίδια
προσφέρουν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας στον ορατό Κόσμο.
Τα μικροσκοπικά κουάρκ καθώς και τα γκλουόνια είναι οι δομικές μονάδες για
τα μεγαλύτερα σωματίδια, όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια, τα οποία
διαμορφώνουν εν συνέχεια τα άτομα. Εντούτοις, τα κουάρκ μαζί με τα
γκλουόνια συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από τα μεγαλύτερα σωματίδια, γι
αυτό και είμναι δύσκολο να μελετηθούν.
Ο
John Negele, καθηγητής της φυσικής στο MIT, μίλησε για τη θεωρία που
ελέγχει τις αλληλεπιδράσεις των κουάρκ και γκλουονίων, γνωστή ως
κβαντοχρωμοδυναμική (QCD), κατά τη διάρκεια μιας παρουσίασης στο ετήσιο
συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης στη Βοστώνη.
Ο Negele περιέγραψε πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τους υπερυπολογιστές
και την θεωρία δικτυωτού πεδίου για να υπολογίσουν τη συμπεριφορά των κουάρκ και γκλουονίων, τα μικρότερα γνωστά σωματίδια.
Τα μόρια φτιάχνονται από τα άτομα, τα άτομα από τα ηλεκτρόνια και τους
πυρήνες, και οι πυρήνες από τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αυτές οι
αλληλεπιδράσεις έχουν κατανοηθεί πολύ καλά. Το επόμενο βήμα σε αυτή
διαδικασία είναι να διευκρινιστούν οι αλληλεπιδράσεις των κουάρκ και
γκλουονίων, οι οποίες είναι πολύ διαφορετικές από αυτές των μεγαλύτερων
σωματιδίων και απαιτούν μια διαφορετική προσέγγιση για να τις μελετήσουμε.
Διάφοροι δε παράγοντες κάνουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κουάρκ και
γκλουονίων να είναι πολύ περίπλοκες. Ο ένας παράγοντας είναι ότι τα κουάρκ
είναι περιορισμένα μέσα στα μεγαλύτερα σωματίδια, κι έτσι δεν μπορούν να
χωριστούν και να μελετηθούν μεμονωμένα. Επίσης, η δύναμη μεταξύ δύο κουάρκ
γίνεται μεγαλύτερη μόλις κινηθούν πιο μακριά από τη θέση τους, ενώ η
δύναμη μεταξύ ενός πυρήνα και ενός ηλεκτρονίου, ή μεταξύ δύο νουκλεονίων
σε έναν πυρήνα, γίνεται πιο ασθενής καθώς αυξάνεται η απόσταση.
Αυτές οι διαφορές μπορούν να εξηγηθούν από την ιδιότητα της
ασυμπτωτικής ελευθερίας, για την οποία ο David Gross, David Politzer και ο Frank Wilczek, καθηγητής
φυσικής στο MIT,
μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ του 2004. Αυτή η ιδιότητα περιγράφει πώς
η δύναμη που παράγεται από την ανταλλαγή των γκλουονίων γίνεται πιο ασθενής
καθώς τα κουάρκ έρχονται πιο κοντά και
γίνεται μεγαλύτερη μόλις απομακρυνθούν. Κατά συνέπεια, καμία από τις αναλυτικές τεχνικές που
χρησιμοποιούνται για να επιλύσουν με επιτυχία τα ατομικά και πυρηνικά προβλήματα
φυσικής δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναλύσει τη συμπεριφορά των
κουάρκ και γκλουονίων.
Αντίθετα, οι φυσικοί χρησιμοποιούν την θεωρία δικτυωτού πεδίου για να
μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις στην QCD. Χρησιμοποιώντας
μεγάλους υπερυπολογιστές, οι ερευνητές μπορούν να αναλύσουν την QCD
αναπαριστάνοντας τον χωρόχρονο από ένα τεσσάρων διαστάσεων δικτυωτό πλέγμα
διακριτών σημείων, σαν ένα κρύσταλλο.
Οι υπολογισμοί εκτελούνται από τους υπολογιστές που φτιάχτηκαν ειδικά για
αυτόν το λόγο, όπως τον BlueGene/L των 360 teraflop στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore. |
