محاسبه جدید مقایسه ماده با ضد ماده را اصلاح می کند

0

محاسبه جدید مقایسه ماده با ضد ماده را اصلاح می کند

محاسبه جدید مقایسه ماده با ضد ماده را اصلاح می کند یک همکاری بین المللی از فیزیکدانان نظری محاسبه جدیدی را مربوط به جستجو برای توضیح غلبه منتشر کرده است ماده بیش از ماده در جهان ما است. 

دانشکده ها : دانشمندان ابتدا تفاوت جزئی در رفتار ماده و پاد ماده – که به عنوان نقض “تقارن CP” شناخته می شود – در حالی که در تجزیه آزمایش برنده جایزه نوبل در آزمایشگاه بروخاون در سال ۱۹۶۳ ، تجزیه ذرات زیر اتمی موسوم به kaons را مشاهده کردند ، در حالی که مدل استاندارد فیزیک ذرات بلافاصله پس از آن با هم تکه تکه شدند ، درک اینکه آیا نقض CP مشاهده شده در پوسیدگی های kaon موافق با مدل استاندارد به دلیل پیچیدگی محاسبات مورد نیاز ، گریزان است.

محاسبه جدید پیش بینی دقیق تری را برای احتمال تجزیه kaons به یک جفت پیون با بار الکتریکی در مقابل یک جفت pion خنثی ارائه می دهد. درک این پوسیدگی ها و مقایسه پیش بینی با جدیدترین آزمایش های جدید انجام شده در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده Fermi CERN و DOE به دانشمندان راهی برای آزمایش تفاوت های کوچک بین ماده و ضد ماده می دهد و به دنبال اثراتی است که قابل توضیح نیست توسط مدل استاندارد

محاسبه جدید نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه نسبت به نتیجه قبلی این گروه است که در Physical Review Letters در سال ۲۰۱۵ منتشر شده است. بر اساس مدل استاندارد ، برای مقادیر “نقض مستقیم تقارن CP” در پوسیدگی های kaon طیف وسیعی از مقادیر را ارائه می دهد که با نتایج آزمایش شده اندازه گیری شده است. این بدان معناست که نقض CP مشاهده شده ، طبق بهترین دانش ما ، توسط مدل استاندارد توضیح داده شده است ، اما عدم اطمینان در پیش بینی باید بیشتر بهبود یابد ، زیرا همچنین فرصتی برای آشکار کردن منابع عدم تقارن ماده / ضد ماده وجود دارد شرح نظریه فعلی از جهان ما است.

“یک محاسبه نظری دقیق تر از مدل استاندارد ممکن است خارج از محدوده اندازه گیری آزمایشی باشد. بنابراین بسیار مهم است که ما به پیشرفت خود ادامه دهیم و محاسبات خود را اصلاح کنیم ، بنابراین می توانیم یک آزمایش قوی تر از بنیاد خود ارائه دهیم. درک ، “گفت Amarjit Soni ، تئوریسین آزمایشگاه بروخاون.

عدم تعادل ماده / ضد ماده

نورمن کریست از دانشگاه کلمبیا گفت: “نیاز به تفاوت ماده و پاد ماده در نظریه مدرن کیهان نهفته است.” “درک فعلی ما این است که جهان فعلی با مقادیر تقریباً مساوی ماده و پاد ماده ایجاد شده است. به جز اثرات جزئی که در اینجا مورد مطالعه قرار می گیرد ، ماده و پاد ماده باید از هر لحاظ یکسان باشند ، فراتر از گزینه های مرسوم مانند اختصاص بار منفی به یک ذره و بار مثبت ضد ذره آن. برخی از تفاوت ها در نحوه عملکرد این دو نوع ذره باید تعادل را افزایش دهند تا ماده را بر ضد ماده ترجیح دهند.

وی ادامه داد: “هرگونه اختلاف در ماده و پادماده که تا به امروز مشاهده شده بسیار ضعیف است و نمی تواند غلبه ماده موجود در جهان فعلی ما را توضیح دهد.” “یافتن یک اختلاف قابل توجه بین یک مشاهده آزمایشی و پیش بینی های مبتنی بر مدل استاندارد به طور بالقوه راه را برای مکانیسم های جدید فعل و انفعالات ذرات که فراتر از درک فعلی ما هستند نشان می دهد – و امیدواریم که بتوانیم برای توضیح این عدم تعادل کمک کنیم.”

 

محاسبه جدید مقایسه ماده با ضد ماده را اصلاح می کند
یک محاسبه جدید که با استفاده از سریعترین ابر رایانه های جهان انجام شده است ، به دانشمندان امکان می دهد تا احتمال دو مسیر پوسیدگی کائون را با دقت بیشتری پیش بینی کرده و آن پیش بینی ها را با اندازه گیری های تجربی مقایسه کنند. آزمون های مقایسه ای برای تفاوت های کوچک بین ماده و ضد ماده که می توانند با قدرت محاسباتی حتی بیشتر و تصفیه های دیگر ، به پدیده های فیزیک اشاره کنند که توسط مدل استاندارد توضیح داده نشده است.

مدلسازی تعاملات کوارک

تمام آزمایشاتی که نشان می دهد تفاوت بین ماده و ضد ماده وجود دارد ، شامل ذراتی است که از کوارک ساخته شده اند ، بلوک های سازنده زیر اتمی که از طریق نیروی قوی به هم متصل می شوند و پروتون ها ، نوترون ها و هسته های اتمی را تشکیل می دهند – و همچنین ذرات کمتر شناخته شده مانند کائون ها و پیون ها.

کریستوفر کلی ، از آزمایشگاه ملی بروخاون ، توضیح داد: “هر kaon و pion از کوارک و پاد پاد ساخته شده است ، که توسط ابر جفت کوارک-آنتی کوارک احاطه شده و توسط حامل های زور به نام گلوئون به یکدیگر متصل شده است.”

محاسبات مبتنی بر مدل استاندارد در مورد نحوه رفتار این ذرات باید شامل همه فعل و انفعالات احتمالی کوارک ها و گلوئون ها باشد ، همانطور که توسط تئوری مدرن فعل و انفعالات قوی ، معروف به کرومودینامیک کوانتوم (QCD) توصیف شده است.

بعلاوه ، این ذرات مقید با سرعت نزدیک به نور حرکت می کنند. این بدان معناست که محاسبات باید شامل اصول نسبیت و نظریه کوانتوم نیز باشد ، که چنین فعل و انفعالات ذره با سرعت نور نزدیک را کنترل می کنند.

تیانل وانگ ، از دانشگاه کلمبیا خاطرنشان کرد: “به دلیل تعداد زیاد متغیرها ، اینها پیچیده ترین محاسبات در تمام فیزیک ها هستند.”

چالش محاسباتی

برای غلبه بر این چالش ، نظریه پردازان از یک روش محاسباتی به نام شبکه QCD استفاده کردند که ذرات را روی شبکه چهار بعدی فضا-زمان (سه بعد فضایی به اضافه زمان) “قرار می دهد”. این شبکه جعبه مانند به آنها اجازه می دهد تا تمام مسیرهای کوانتومی ممکن را برای تجزیه کائون اولیه به دو پایون نهایی ترسیم کنند. نتیجه با افزایش تعداد نقاط شبکه دقیق تر می شود. وانگ خاطرنشان کرد که “انتگرال فاینمن” برای محاسبه گزارش شده در اینجا شامل تلفیق ۶۷ میلیون متغیر است!

این محاسبات پیچیده با استفاده از ابر رایانه های پیشرفته انجام شده است. اولین قسمت کار ، تولید نمونه ها یا عکس های فوری از زمین های کوارک و گلوئون به احتمال زیاد ، در ابر رایانه های واقع در ایالات متحده ، ژاپن و انگلیس انجام شد. دومین و پیچیده ترین مرحله استخراج دامنه های پوسیدگی واقعی kaon در مرکز محاسبات علمی تحقیقات ملی انرژی (NERSC) ، مرکز استفاده کنندگان دفتر علوم DOE در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی DOE انجام شد.

اما استفاده از سریعترین رایانه کافی نیست. این محاسبات هنوز حتی در این رایانه ها نیز ممکن است هنگام استفاده از کدهای رایانه ای بسیار بهینه ، که برای محاسبه نویسندگان تهیه شده اند ، امکان پذیر است.

کلی گفت: “با انجام محاسبات بیشتر نمی توان دقت نتایج ما را به میزان قابل توجهی افزایش داد.” “در عوض ، برای تقویت آزمایش ما از مدل استاندارد ، اکنون باید بر روی تعدادی از چالشهای نظری اساسی غلبه کنیم. همکاری ما قبلاً در حل این مسائل گام های قابل توجهی برداشته و همراه با پیشرفت در تکنیک های محاسباتی و قدرت آینده نزدیک ابر رایانه های DOE ، ما انتظار داریم که طی سه تا پنج سال آینده نتایج بسیار بهتری را کسب کنیم. “

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.