Физики на порядок повысили точность значения массы кварков

Кварками называют элементарные частицы, из которых состоят, например, протоны и нейтроны (все частицы, состоящие из кварков, называют адронами). Кварки делятся на шесть "сортов", или ароматов - нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Определение характеристик кварков чрезвычайно важно для создания моделей, объясняющих фундаментальные физические взаимодействия, однако в природе кварки не встречаются в свободном состоянии - они всегда существуют в тесной связи с другими кварками. Это явление получило название конфайнмента, и оно сильно затрудняет изучение кварков.

Ученые разработали алгоритм непрямого определения массы кварков - они выясняли массы тех или иных кварков не непосредственно, а вычисляли соотношение между их массами. Физики использовали метод квантовой хромодинамики (КХД) на решетке, в рамках которого время принимается за дискретную величину. Пространство внутри адрона делится на ячейки, в которые "помещаются" кварки и глюоны (элементарные частицы, способствующие удержанию кварков вместе). При помощи суперкомпьютеров ученые моделируют взаимодействия кварков и глюонов, подбирая значения масс кварков так, чтобы свойства составленных из них адронов соответствовали экспериментальным наблюдениям. Чем мощнее суперкомпьютер, тем меньше будут ячейки внутри адрона и, соответственно, тем точнее будет значение массы кварка.

Авторы новой работы сосредоточились на определении массы самых легких кварков - верхнего и нижнего. Специалистам удалось получить соотношения массы очарованного кварка к массе странного кварка. Ранее другой коллектив исследователей смог вычислить соотношение масс странного кварка к верхнему кварку и нижнему кварку. Массу странного кварка физики смогли вычислить с высокой точностью - так как он намного тяжелее верхнего и нижнего кварков. Из всех этих данных ученые получили значения масс верхнего кварка - 2,01 ± 0,14 мегаэлектронвольта - и нижнего кварка - 4,79 ± 0,16 мегаэлектронвольта. Это составляет соответственно 0,214 и 0,510 процента от массы протона. Таким образом, физики уменьшили погрешность в определении массы легких кварков с 30 до 1,5 процентов.

Для того чтобы новые результаты были окончательно признаны научным сообществом, они должны быть подтверждены независимой группой специалистов. Ряд допущений, которые физики приняли в своей работе, могут исказить ее результат, и их правомерность необходимо дополнительно проверить.