Superpočítač Polaris vytvořil nejpřesnější 3D mapu pionu, odhaluje tajemství vzniku hmoty

Vědci ve Spojených státech využili superpočítač Polaris k vytvoření nejpodrobnějších trojrozměrných (3D) snímků pionu, nejlehčí částice složené z kvarků.

Vědci ve Spojených státech využili superpočítač Polaris k vytvoření nejpodrobnějších trojrozměrných (3D) snímků pionu, nejlehčí částice složené z kvarků. Tato průlomová studie, která odhalila vnitřní strukturu pionu v dosud nevídaných detailech, byla provedena výzkumným týmem z Argonne National Laboratory (ANL) a Brookhaven National Laboratory.

Piony jsou subatomární částice, které hrají zásadní roli při udržování atomových jader pohromadě. Zprostředkovávají silnou interakci, která váže nukleony – tedy protony a neutrony, jež tvoří hmotnost atomu. Tato síla odpovídá za 98 procent hmotnosti viditelného vesmíru. Navzdory jejich významu bylo pro vědce dosud obtížné zkoumat jejich vnitřní strukturu kvůli omezeným experimentálním datům. Nové poznatky nejenže odhalují uspořádání kvarků uvnitř částice, ale také nabízejí nové vodítka k pochopení, jak se viditelná hmota formuje ze základních částic, což je jedna z největších záhad fyziky.

Tým překonal tyto výzvy kombinací pokročilých teoretických modelů s výpočetní silou superpočítače Polaris. Simulace generovaly 3D obrazy s vysokým rozlišením, které ukazují, jak jsou kvarky distribuovány v částici. Pro projekt vědci simulovali stovky snímků čtyřrozměrného (4D) časoprostoru pomocí mřížkové kvantové chromodynamiky, techniky, která umisťuje částice a pole na rozsáhlou výpočetní mřížku. Tato metoda, možná pouze díky rozsáhlé paralelní výpočetní síle superpočítačů, umožnila modelovat pohyb kvarků podél i napříč směrem pohybu pionu.

Výpočty odhalily zobecněnou partonovou distribuci (GPD) kvarků v pionu, což je matematický rámec popisující distribuci kvarků v hybnosti i prostoru. Výsledné mapy poskytly detailní 3D obraz částice. Jedním z pozoruhodných zjištění bylo, že příčná velikost pionu se zmenšuje s rostoucí hybností. Tým také zjistil, že pion se při středních hodnotách hybnosti jeví menší než proton.

Pochopení této struktury je klíčové pro vysvětlení, jak se kvarky a gluony kombinují a vytvářejí viditelnou hmotu, která tvoří vesmír. Dalším krokem výzkumníků je využití superpočítače Aurora k trojrozměrnému mapování protonu, který spolu s neutrony tvoří všechna atomová jádra ve viditelné hmotě našeho vesmíru. Studie byla publikována v časopise Journal of High Energy Physics.