Hipotetikus egzotikus részecske létezését jósolta meg egy szuperszámítógép

2021 / 12 / 11 / Bobák Zsófia
Hipotetikus egzotikus részecske létezését jósolta meg egy szuperszámítógép
Még a világ egyik legerőteljesebb számítógépének is évek munkájába telt kiszámítani a kvarkok összes lehetséges kapcsolódási módját, de az eredmények szerint a hat kvarkból álló hipotetikus dibarionok valóban létezhetnek.

A japán RIKEN (Fizikai és Kémiai Kutatások Intézete) központ Interdiszciplináris Elméleti és Matematikai Tudományos Programjának kutatója, Takuya Sugiura csapatával évek óta dolgozik azon, hogy a korai univerzum történéseinek rejtélyeire magyarázatot találjon: azt kutatják, hogy a szubatomi részecskék hogyan álltak össze az ősrobbanás után a ma ismert formációkká.

Az univerzum kezdete

Ahogy azt Fodor Zoltán, az ELTE TTK Elméleti Fizika Tanszékének professzora 2006-ban egy másik áttörő jelentőségű kutatás kapcsán elmondta: az univerzum kezdeti időszakában

"a kvarkok és gluonok majdnem tömegtelen, majdnem szabad gáza a világegyetem tágulása és hűlése során összetett részecskékké kondenzálódott.

Ezen részecskék (protonok, neutronok) alkotják a ma is látható világegyetem tömegének a túlnyomó többségét."

A protonok és neutronok (nukleonok) úgynevezett barionok, amelyek a hadronok egyik csoportját alkotják, ezek a szubatomi részecskék három könnyebb kvarkból állnak össze: a proton két fel és egy le kvarkból, a neutron egy fel és két le kvarkból áll. A barionoknak vannak nehezebb típusai is, amelyek az omega nevet kapták és, noha sokkal ritkábban megfigyelhetőek, mint a neutronok és protonok, már bizonyították kísérletekben a létezésüket. Az első ilyen omega-mínusz barion furcsa kvarkokból állt és 1964-ben akadtak először a nyomára. Azóta számos más, nehezebb összetevőt tartalmazó, például bájos kvarkokból felépülő omega részecskét találtak, bár a legnehezebb, top kvarkokból álló egységek felfedezésére nem számítanak a tudósok, mivel annak rendkívül rövid élettartama nem adna lehetőséget arra, hogy egy másik kvarkkal kapcsolatot létesítsen, igaz, hogy a pillanat törtrésze alatt bekövetkező bomlás a többi részecske esetében is fennáll. A Fermilab munkatársainak mérése szerint például az általuk megfigyelt Omega-sub-b élettartama mindössze 1,13 billiomod másodperc.

A dibarionok titkos élete

A barionok azonban csak az alapvető egységeket jelentik, amelyből kialkulnak összetettebb szerkezetek is. A két barionból felépülő dibarionok csoportjába az eddigi vizsgálatok szerint egyetlen olyan részecske tartozik, amely stabil állapotú, ez a deutérium, a hidrogén izotópja, amelynek atommagja egy protont és egy neutront tartalmaz. A többi dibariont csak egy-egy futó pillantás erejéig sikerült elkapni a kutatóknak a korábbi kísérletek során, pedig a megfigyelésük lehetőséget adna rá, hogy a kvarkok kötődéséről és ezáltal az anyag kialakulásáról alapvető információkhoz jussanak a fizikusok - mondta a RIKEN kísérlete kapcsán Takuya Sugiura.

Ha nem sikerül a való életben közelebb kerülni ezekhez a tünékeny egzotikus részecskékhez, akkor kerülő úton kell eljutni a tanulmányozásukig, erre a kutatócsapat a kvantum-színdinamika elméletét hívta segítségül és két szuperszámítógépet, a K-Computert és a HOKUSAI-t. A K-Computer 2011-ben a maga 8 petaflops teljesítményével az első helyen végzett a világ legerősebb szuperszámítógépeit felsoroló listán, a HOKUSAI ettől némileg lemaradva 2015-ben a 69-ik helyet szerezte meg. A kvantum-színdinamika a hadronok erős kölcsönhatását írja le, de a számítások bonyolultsága miatt az egyenletek megoldását csak a szuperszámítógépek képesek elvégezni és ehhez is rengeteg időre van szükség. Megint csak Fodor Zoltánt idézve, aki csapatával szintén a színdinamikára alapozta az elemzéseit:

"[...] a feladat számolásigénye óriási. Másodpercenként ezer milliárd művelet elvégzésére van szükség, és még így is egy egész évig tartanak ezek a számolások."

A RIKEN vizsgálatai során nem csak egy éven, hanem éveken keresztül tartott, mire eredményre jutottak a gépek, és végül megjósolták a bájos di-Omegának elnevezett részecske létezését. Ez az egzotikus elem összesen hat kvarkból áll, ezek mindegyike bájos kvark, vagyis mindkét (három-három bájos kvarkot tartalmazó) barion Omega részecske. A di-Omegáról már korábban is beszámoltak a fizikusok, először 2018-ban, de ekkor még furcsa kvarkokból állt a megjósolt részecske, majd további számítások elvégzése után idén augusztusban közzétették a részletes tanulmányt is az újabb vizsgálatokról a Physical Review Lettersben.

A kutatók szerint az eredmények bizonyítják, hogy a dibarionok kutatása a szuperszámítógépek segítségével sikeres lehet, és új utat nyit meg a modern fizika alapvető problémájának tisztázása felé, vagyis közelebb hozza annak megértését, hogy a kvarkok hogyan kombinálódnak anyaggá. A továbbiakban a világ leggyorsabb komputerén, a Fugaku szuperszámítógépen folytatják majd a kísérleteket, amelynek során a bájos di-Omegánál bonyolultabb struktúrájú dibarionokat keresnek majd.

(Fotó: RIKEN/Keiko Murano, Wikimedia Commons, Getty Images/gremlin)


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
1 éves ROADSTER előfizetés + Renoir – A Festő és Modelljei kiállítás páros belépőjegy: 12 990 Ft
Válassz egyet a ROADSTER magazin szuper előfizetési ajánlatai közül!
Banyánfa: az ősi, “sétáló, kannibál” fa
Banyánfa: az ősi, “sétáló, kannibál” fa
Igazi fahorror: a banyánfa a hinduk szent fája, ám amellett, hogy képes a helyváltoztatásra, egyéb fákat is elfogyaszt, ha úgy adódik.
Mekkora eséllyel tart az emberi evolúció egy új faj kialakulásának az irányába?
Mekkora eséllyel tart az emberi evolúció egy új faj kialakulásának az irányába?
Fajunk 300 ezer évvel egyedüli emberfaj lett a bolygón, az viszont nehéz kérdés, hogy éppen egy új faj kialakulásának az irányába tart-e az evolúciónk. Ennek oka, hogy bizonyos tényezők ebbe az irányba mutatnak, míg mások épp az ellenkezőbe. Elmondjuk, milyen körülmények esetén alakulhatna ki belőlünk egy új faj.
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.