Сильное взаимодействие, одно из четырех фундаментальных в современной физике, связывает кварки внутри элементарных частиц. Чем дальше друг от друга пытаются оказаться кварки, тем значительнее становится сильное взаимодействие. Именно оно отвечает за то, чтобы материя не распадалась на части.
С сильным взаимодействием связано явление конфайнмента: кварки не могут существовать изолированно, только в связке друг с другом. Из-за конфайнмента ученые не могут наблюдать кварки в свободном состоянии.
Константа сильного взаимодействия — величина, описывающая вероятность того, что два кварка обменяются переносчиками сильного взаимодействия, глюонами. Несмотря на свое название, константа непостоянна. Вероятность того, что кварки соберутся вместе или оттолкнутся друг от друга, меняется с расстоянием между ними.
Ученые проводят измерения константы сильного взаимодействия на экспериментах ATLAS и CMS Большого адронного коллайдера в ЦЕРН, но точность полученных данных ограничена существующими моделями конфайнмента.
Международная группа физиков смогла уменьшить погрешность вычислений константы сильного взаимодействия благодаря продвинутым числовым моделям и вычислениям на суперкомпьютере. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature.
В этом исследовании в два раза снизили ошибку вычислений по сравнению со всеми прошлыми работами по теме. Результат установил новый стандарт для работы со Стандартной моделью в физике элементарных частиц. Он поможет исследователям понять, как кварки и глюоны ведут себя внутри протонов, что, в свою очередь, делает возможными точные измерения свойств бозона Хиггса, а также повышает шансы физиков заметить неизвестные науке физические эффекты.
«Этот прорыв стал возможен благодаря многим годам концептуальных разработок и работе над численными методами в крупномасштабных вычислениях. Теперь есть четкий и понятный путь для будущих улучшений. Став ассоциированным членом ЦЕРН, Ирландия получила возможность играть более заметную роль в этих усилиях благодаря усилившейся поддержке фундаментальных исследований и крупных высокопроизводительных вычислительных комплексов», — рассказал профессор Стефан Синт (Stefan Sint).