دانشمندان با همانند‌سازی‌های ابررایانه‌ای توزیع بار در مزون‌ها را پیش‌بینی کردند_مجله رشد

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 منفعت گیری از شتاب‌دهنده آینده الکترون-یون (EIC) که در حال ساخت در آزمایشگاه بروکهاون است، مزون‌ها و این چنین خانواده گسترده‌تری از ذرات به نام هادرون‌ها (شامل همه ذرات ساخته شده از کوارک‌ها) را در آزمایش‌های پرانرژی بازدید کنند. این پیش‌بینی‌ها و اندازه‌گیری‌ها به دانشمندان پشتیبانی می‌کند تا بفهمند چطور کوارک‌ها و گلون‌ها (ذراتی که کوارک‌ها را به هم متصل می‌کنند) جرم و ساختار تقریباً همه ماده مرئی را تشکیل می‌کنند.

به نقل از دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، سوغاتو موکرجی، نظریه‌پرداز آزمایشگاه بروکهاون و رهبر این تحقیق، می‌گوید: «مقصد مهم علمی EIC، فهمیدن چگونگی شکل‌گیری خواص هادرون‌ها، از جمله مزون‌ها و پروتون‌ها و نوترون‌های آشنا، از توزیع کوارک‌ها و گلون‌های راه اندازی‌دهنده 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 بازدید اسرار پیون‌ها، پروتون‌ها و دیگر هادرون‌ها، EIC به دانشمندان پشتیبانی می‌کند تا بفهمند چطور همه چیز ساخته شده از اتم‌ها، به همان شکلی که هست، به هم چسبیده است.

پیش‌بینی‌های تازه که اخیراً در مجله Physical Review Letters انتشار 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 تازه گسترش می‌یابد. این پیش‌بینی‌ها اهمیت بسیاری دارند چون مبنایی برای قیاس وقتی که آزمایش‌های EIC در اغاز دهه ۲۰۳۰ اغاز بشود، فراهم خواهند کرد.

با این حال، یافته‌ها فراتر از تشکیل انتظارات برای یک اندازه‌گیری خاص در EIC است. همان گونه که در مقاله توضیح داده شده است، دانشمندان از پیش‌بینی‌های خود – همراه با محاسبات اضافی جدا گانه ابررایانه‌ای – برای قبول رویکردی که به طور گسترده برای رمزگشایی خواص ذرات منفعت گیری می‌بشود، منفعت برده‌اند. این رویکرد که به نام فاکتورگیری شناخته می‌بشود، فرآیندهای فیزیکی پیچیده را به دو مؤلفه یا عامل تقسیم می‌کند. اعتبارسنجی فاکتورگیری امکان پیش‌بینی‌های زیاد بیشتری در EIC و تفسیر یقین‌تر نتایج تجربی را فراهم خواهد کرد.

برای بازدید 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 پشتیبانی می‌کنند – نوعی همانند میکروسکوپ برای بلوک‌های سازنده ماده.

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