Fizycy ze świętym Graalem w swojej dziedzinie. Uzyskali odpowiedź na pytanie dotyczące pochodzenia masy

Skąd się bierze masa, czyli pytanie, której nie daje fizykom zasnąć

Wspomniany niemiecki ośrodek od lat służy do badań nad zachowaniem materii w ekstremalnych warunkach. Tym razem naukowcy skupili się na szczególnym rodzaju układu zwanego jądrem mezonowym. To niezwykła konfiguracja, w której cząstka elementarna, czyli rzeczony mezon, zostaje na krótką chwilę uwięziona wewnątrz jądra atomowego.

Czytaj też: Jeden obiekt w dwóch różnych miejscach jednocześnie. Fizycy dostarczyli przełomowych dowodów

W centrum uwagi znalazł się mezon η′ (eta prim), cząstka zbudowana z kwarka i antykwarka. Jest ona wyjątkowo ciężka jak na swoją klasę, dlatego fizycy od dawna podejrzewali, iż jej masa może zachowywać się inaczej w gęstym środowisku jądra atomowego niż w próżni. Nowe eksperymenty dostarczyły pierwszych twardych dowodów, że rzeczywiście tak się dzieje.

W trakcie eksperymentów naukowcy bombardowali jądra węgla wysokoenergetycznymi protonami. W wyniku tych zderzeń powstawały mezony η′ w niektórych przypadkach wiążące się z jądrem i tworzące tym samym wcześniej nieobserwowany stan. Zyskał on miano η′-mezonowego jądra, a analiza zgromadzonych danych pokazała charakterystyczne sygnały sugerujące, że taki układ faktycznie powstał.

Wstępne wnioski, ale i brak ostatecznej odpowiedzi

Najważniejszy wniosek z eksperymentu jest jednak głębszy niż samo odkrycie nowej formy materii. Wyniki pozwalają sądzić, iż masa cząstek elementarnych nie jest czymś stałym i niezmiennym, lecz może zależeć od otoczenia – w tym przypadku od gęstości materii wewnątrz jądra atomowego. Innymi słowy, masa może wynikać z oddziaływań i struktury próżni, która wbrew nazwie nie jest pusta, lecz pełna fluktuacji oraz pól kwantowych.

Czytaj też: Fizycy stworzyli środowisko, w którym atomy prawie się nie poruszają. Tak ekstremalne warunki są im do czegoś potrzebne 

To właśnie ta koncepcja, w myśl której masa nie jest wrodzoną cechą cząstek, lecz efektem bardziej złożonych procesów, stanowi jeden z fundamentów współczesnej fizyki cząstek. Uzyskane wyniki dostarczają rzadkich, eksperymentalnych wskazówek potwierdzających te teorie w warunkach, które wcześniej były praktycznie niedostępne dla badań. Kolejne eksperymenty, w tym zakresie mogą ostatecznie potwierdzić istnienie nowego stanu i dokładnie zmierzyć jego właściwości. Kluczowe będzie między innymi wykrycie dodatkowych sygnałów rozpadu oraz poprawa precyzji pomiarów.

Źródło: Physics, Physical Review Letters