Jak powstaje materia? Superkomputer przewidział istnienie cząstki sześciokwarkowej

Przedstawiciele japońskiego instytutu badawczego RIKEN przewidzieli istnienie egzotycznej cząstki, która składa się z sześciu kwarków. Dalsze postępy w tych badaniach mogłyby wyjaśnić, jak powstaje cała otaczająca nas materia.

Kwarki są cząstkami elementarnymi i stanowią podstawowy budulec materii. Jądra atomów składają się z protonów i neutronów, te natomiast są tworzone przez kwarki. Kiedy mamy do czynienia z cząstkami złożonymi z trzech kwarków, to mówimy o barionach. Mogą jednak istnieć egzotyczne postacie cząstek elementarnych zbudowanych z większej liczby kwarków (np. pentakwarki czy tetrakwarki Tcc+). A co z innymi konfiguracjami, na przykład cząstkami sześciokwarkowymi (dibarionami)? Udzielenie odpowiedzi na tego typu pytania powinno zbliżyć nas do zrozumienia, w jaki sposób powstaje materia wypełniająca wszechświat.

Czytaj też: Plazma kwarkowo-gluonowa w końcu odkryje swoje tajemnice?

Takuya Sugiura, członek zespołu badawczego z RIKEN, wykorzystał teorię oddziaływań zwaną chromodynamiką kwantową. Opisuje ona, w jaki sposób kwarki oddziałują ze sobą i stanowi część Modelu Standardowego. Problem polega na tym, że obliczenia w ramach chromodynamiki kwantowej są utrudnione, ponieważ pomiędzy kwarkami tworzącymi bariony występuje silne sprzężenie. Jakby komplikacji było mało, to przybywa ich w momencie pojawienia się hipotetycznych stanów związanych, w których barionów jest więcej.

Materia składa się z kwarków będących cząstkami elementarnymi

W celu wykonania obliczeń związanych z chromodynamiką kwantową zespół badawczy musiał przeprowadzić wielkoskalowe operacje. Pomogły w nich dwa superkomputery: K oraz HOKUSAI. Jak przyznaje Sugiura, możliwość skorzystania z tych urządzeń była kluczowa, ponieważ dzięki temu udało się obniżyć koszty prowadzonych badań oraz skrócić czas ich trwania. Ostatecznie naukowcy, korzystając z pomocy superkomputerów, przewidzieli istnienie tzw. dibarionu powabnego di-Omega. Dokładne ustalenia badaczy zostały opublikowane na łamach Physical Review Letters.

Reklama

Czytaj też: Gdzie zniknęła antymateria? Astronomowie odkrywają jedną z największych tajemnic Wszechświata

Choć dotychczasowe osiągnięcia naukowców są naprawdę imponujące, to najtrudniejsze nadal przed nimi. Chcąc lepiej poznać oddziaływania pomiędzy innymi cząstkami zawierającymi kwarki powabne, Sugiura i jego współpracownicy zamierzają skorzystać z superkomputera Fugaku, jeszcze bardziej zaawansowanego następcy superkomputera K. Naukowiec dodaje, iż liczy na zdobycie informacji dotyczących tego, jak kwarki łączą się w cząstki i jakie cząstki mogą w ogóle istnieć.