Kwantowa chromodynamika na sieciach rewiduje fundamenty fizyki. Oddziaływanie elektrosłabe silniejsze, niż sądzono

W poszukiwaniu Teorii Wszystkiego – hipotetycznego modelu unifikującego grawitację, elektromagnetyzm oraz oddziaływania silne i słabe – fizyka cząstek elementarnych opierała się dotąd na połączeniu teorii z pomiarami laboratoryjnymi. Nowy aparat obliczeniowy zaczyna jednak podważać wieloletnie ustalenia. Dwie niezależne publikacje w prestiżowym czasopiśmie Physical Review Letters wskazują, że oddziaływanie elektrosłabe może być w rzeczywistości o około 1 procent silniejsze, niż zakładały dotychczasowe modele fenomenologiczne.
Kwantowa chromodynamika na sieciach rewiduje fundamenty fizyki. Oddziaływanie elektrosłabe silniejsze, niż sądzono

Rewizja ta stała się możliwa dzięki zastosowaniu kwantowej chromodynamiki na sieciach czasoprzestrzennych (lattice QCD). Ta zaawansowana metoda numeryczna pozwala na bezpośrednie wyliczanie zachowań cząstek w próżni kwantowej z pierwszych zasad, bez konieczności wspomagania się przybliżeniami ekstrapolowanymi z eksperymentów. Wcześniej to właśnie lattice QCD pomogła rozwiązać słynną zagadkę anomalnego momentu magnetycznego mionu (eksperyment Muon g-2) – rozbieżność między teorią a wynikami z akceleratorów, w której przez lata upatrywano „nowej fizyki”, zniknęła po precyzyjniejszym skalkulowaniu oddziaływań ciężkiego analogu elektronu z fluktuacjami wirtualnych cząstek w próżni.

Zastosowanie tego samego aparatu sieciowego do oddziaływania elektrosłabego – stanu zunifikowanego elektromagnetyzmu i sił jądrowych słabych, jaki panował tuż po odłączeniu się grawitacji i sił silnych po Wielkim Wybuchu – przyniosło jednak niespodziewany jednoprocentowy wzrost jego szacowanej siły. Wynik ten stawia pod znakiem zapytania dotychczasowe podejście fenomenologiczne. Przez dekady ograniczenia mocy obliczeniowej zmuszały fizyków do łączenia równań teoretycznych z danymi empirycznymi z kolizji elektronów z pozytonami (e+e−), które służyły jako wsad wyznaczający częstość powstawania kwarków.

Czytaj także: Fizycy rozwiązali zagadkę mionu. Teraz mają kolejny problem

Rozbieżność między wyliczeniami lattice QCD a danymi ze zderzaczy e+e− rodzi fundamentalny dylemat metodologiczny. Jak podkreśla Chris Polly, fizyk z Fermilabu i współrzecznik projektu Muon g-2, środowisko staje przed pytaniem, która strona jest bliższa prawdy: czy obarczone systematycznymi niepewnościami eksperymenty ze zderzeniami cząstek, czy numeryczne symulacje sieciowe. Choć lattice QCD wyrasta na dominujące narzędzie weryfikacji Modelu Standardowego, jednoprocentowa korekta siły oddziaływania elektrosłabego to dopiero początek dyskusji nad ostateczną hierarchią i naturą elementarnych sił rządzących Wszechświatem.

Napisane przez

Monika Wojciechowska

Redaktor
Najbliższe są mi tematy związane z technologią, gadżetami, nowoczesnym AGD i motoryzacją. Interesują mnie rozwiązania, które nie tylko dobrze wyglądają na papierze, ale przede wszystkim realnie wpływają na komfort, wygodę i sposób, w jaki korzystamy z technologii na co dzień. Ukończyłam studia dziennikarskie oraz szkolenia z zakresu sztucznej inteligencji. Prywatnie uwielbiam gry i muzykę.