Bərk maddə kimi qəbul etdiyimiz şeyin dərinliklərində mənzərə sabit deyil. Atom nüvəsinin tikinti bloklarının daxili hissəsi – orta məktəb şagirdinin proton və neytron kimi tanıyacağı adron adlanan hissəciklər, birlikdə partonlar olaraq bilinən qarşılıqlı təsir göstərən kvarklar və qluonların qaynayan qarışığından ibarətdir.

Bir qrup fizik indi bu partonların xəritəsini çıxarmaq və onların hadronları əmələ gətirmək üçün qarşılıqlı əlaqəsini ayırmaq üçün bir araya gəlib. ABŞ Energetika Departamentinin Tomas Cefferson adına Milli Sürətləndirici Mexanizminə əsaslanan və HadStruc Əməkdaşlığı kimi tanınan bu nüvə fizikləri partonların qarşılıqlı təsirlərinin riyazi təsviri üzərində işləyirlər. Onların son tapıntıları bu yaxınlarda Journal of High Energy Physics jurnalında dərc olunub .

Cefferson Laboratoriyasının Nəzəri və Hesablama Fizika Mərkəzində doktorluqdan sonrakı tədqiqatçı, HadStruc üzvü Cozef Karpi, “HadStruc Əməkdaşlıq Jefferson Lab Nəzəriyyə Mərkəzi və yaxınlıqdakı bəzi universitetlərə əsaslanan bir qrupdur” dedi. “Bizim William & Mary və Old Dominion Universitetində bəzi insanlar var.”

Kağızın həmmüəllifləri olan digər əməkdaşlıq üzvləri Jefferson Laboratoriyası alimləri Robert Edvards, Colin Egerer, Eloy Romero və David Richardsdır. William & Mary Fizika Departamentini Hervé Dutrieux, Christopher Monahan və Jefferson Lab-da birgə vəzifəsi olan Kostas Orginos təmsil edir. Anatoli Radyushkin həm də Old Dominion Universiteti ilə əlaqəli Jefferson Laboratoriyasının birgə professorudur, Savvas Zafeiropoulos isə Fransada Université de Toulon-dadır.

Güclü nəzəriyyə

Hadronların parton adlanan komponentləri təbiətin dörd əsas qüvvəsindən biri olan güclü qarşılıqlı təsir, cazibə, elektromaqnetizm və hissəciklərin parçalanması zamanı müşahidə olunan zəif qüvvə ilə birləşir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1726653738&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-09-nuclear-theorists-supercomputers-blocks-3d.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI4LjAuNjYxMy4xMzgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjguMC42NjEzLjEzOCJdLFsiTm90O0E9QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOC4wLjY2MTMuMTM4Il1dLDBd&dt=1726653183675&bpp=1&bdt=137&idt=208&shv=r20240912&mjsv=m202409120101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726653356%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726653356%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7208069669223&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2021&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31087066%2C95338228%2C95342338&oid=2&pvsid=3164580532377342&tmod=1616694842&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Karpi izah etdi ki, HadStruc Əməkdaşlıq Təşkilatının üzvləri, dünyadakı bir çox nəzəri fiziklər kimi , kvarkların və qluonların protonda harada və necə paylandığını müəyyən etməyə çalışırlar. Qrup protonun necə qurulduğunu hesablamaq üçün qəfəs kvant xromodinamikası (QCD) kimi tanınan riyazi yanaşmadan istifadə edir.

William & Mary-də doktorluqdan sonrakı tədqiqatçı Dutrieux izah etdi ki, qrupun məqaləsi QCD obyektivindən hadronik quruluşu başa düşmək üçün üç ölçülü yanaşmanı əks etdirir. Bu yanaşma daha sonra superkompüter hesablamaları vasitəsilə həyata keçirildi.

3D konsepsiyası ümumiləşdirilmiş parton paylamaları (GPD) anlayışına əsaslanır. GPD-lər köhnə QCD yanaşması olan birölçülü parton paylama funksiyaları (PDF) vasitəsilə vizuallaşdırıldığı kimi strukturlar üzərində nəzəri üstünlüklər təklif edir.

“Yaxşı, GPD o mənada daha yaxşıdır ki, o, protonla bağlı böyük suallarımızdan birini, onun spininin necə yarandığını aydınlaşdırmağa imkan verir” dedi Dutrieux. “Bir ölçülü PDF sizə bu barədə çox, çox məhdud bir şəkil verir.”

O, izah etdi ki, proton iki yuxarı kvark və bir aşağı kvarkın ilk yaxınlaşmasından ibarətdir – valent kvark kimi tanınır. Valentlik kvarkları, kvarkları bir-birinə yapışdırmaq üçün fəaliyyət göstərən güclü qüvvə qarşılıqlı təsirindən yaranan dəyişən qlüon siyahısı vasitəsilə vasitəçilik edir. Bu qlüonlar, eləcə də valent kvarklardan fərqləndirilərkən adətən kvarklar-antikvarklar dənizi kimi qeyd edilən kvark-antikvark cütləri davamlı olaraq yaradılır və yenidən güclü qüvvəyə çevrilir.

Protonun spini ilə bağlı heyrətamiz kəşflərdən biri 1987-ci ildə baş verdi, eksperimental ölçmələr kvarkların spininin protonun ümumi spininin yarısından azına töhfə verdiyini göstərdi. Əslində, proton spininin çox hissəsi gluon spinindən və orbital bucaq momenti şəklində partonların hərəkətindən yarana bilər. Bu vəziyyəti aydınlaşdırmaq üçün hələ də çoxlu eksperimental və hesablama səyləri lazımdır.

Dutrieux qeyd etdi: “GPD-lər bu orbital bucaq hissəsinə daxil olmaq və proton spininin kvarklar və qluonlar arasında necə paylanmasına dair möhkəm əsaslandırılmış izahat vermək üçün perspektivli bir fürsətdir”.

O, əməkdaşlığın GPD-lər vasitəsilə həll etməyə ümid etdiyi başqa bir aspektin enerji momentum tensoru kimi tanınan bir konsepsiya olduğunu söylədi.

“Enerji momentumunun tensoru həqiqətən enerji və impulsun protonunuzda necə paylandığını sizə xəbər verir” dedi Dutrieux. “Onlar sizə protonunuzun cazibə qüvvəsi ilə də necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu deyirlər. Amma hazırda biz sadəcə onun maddə paylanmasını öyrənirik.”

Məlumatların simulyasiyası

Qeyd edildiyi kimi, bu məlumatlara daxil olmaq üçün superkompüterlərdə bəzi mürəkkəb hesablamalar tələb olunur. Yeni yanaşmalarını inkişaf etdirdikdən sonra nəzəriyyəçilər onu yoxlamaq üçün nəzəriyyənin və onun fərziyyələrinin 65.000 simulyasiyasını həyata keçirdilər.

Bu böyük sayda hesablamalar Texas Advanced Kompüter Mərkəzində Frontera və Oak Ridge Milli Laboratoriyasında DOE Elm istifadəçi obyekti olan Oak Ridge Liderlik Hesablama Təsislərində Frontier superkompüterində aparılmışdır. Bu rəqəmə təsadüfi yaradılmış 350 qluon kolleksiyası fonunda müxtəlif momentlərlə hərəkət edən protonların 186 simulyasiyası daxildir. Bu hesablama bu obyektlərdəki prosessorların birlikdə milyonlarla saat işləməsini tələb edirdi. Bu nəticələrin yekun təhlili Jefferson Lab-da daha kiçik superkompüterlərdə tamamlanır.

Bu işin nəticəsi nəzəriyyəçilər tərəfindən hazırlanmış 3D yanaşmasının möhkəm sınağı idi. Bu test DOE-nin Quark-Gluon Tomography (QGT) Topical Collaboration üçün mühüm mərhələ nəticəsidir.

“Bu, bizim prinsipial sübutumuz idi. Biz bilmək istəyirdik ki, bu simulyasiyaların nəticələri bu hissəciklər haqqında artıq bildiklərimiz əsasında ağlabatan görünəcək”, – Karpi deyib. “Növbəti addımımız bu hesablamalarda istifadə etdiyimiz təxminləri təkmilləşdirməkdir. Bu, hesablama vaxtı baxımından hesablama baxımından 100 dəfə bahadır.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1726653747&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-09-nuclear-theorists-supercomputers-blocks-3d.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI4LjAuNjYxMy4xMzgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjguMC42NjEzLjEzOCJdLFsiTm90O0E9QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOC4wLjY2MTMuMTM4Il1dLDBd&dt=1726653183675&bpp=1&bdt=137&idt=209&shv=r20240912&mjsv=m202409120101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726653696%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726653696%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1005x124&nras=2&correlator=7208069669223&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4813&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=1192&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31087066%2C95338228%2C95342338&oid=2&psts=AOrYGskj0uzBCubtlVibOxMUtlxUTuRwSB-EU8GvMfcvRwcCOr0UgNQS88A9aC8tmFZpVk10LxQibeMPpk8grxg2-r0BAa4lVYRbtuxHjuD75EfGup0vAw%2CAOrYGslv1vAjkIM5_9quVvtP8wqPOYLkf_JtP4q6_iWyoAVwe5yRySZrKUcWIymVwUQmVkZlXogmpABiA5lv8Pyxz1FXEeye&pvsid=3164580532377342&tmod=1616694842&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Üfüqdə yeni məlumatlar

Karpi qeyd etdi ki, HadStruc Collaboration-un GPD nəzəriyyəsi artıq bütün dünyada yüksək enerjili obyektlərdə aparılan təcrübələrdə araşdırılır. GPD-lər vasitəsilə hadron strukturunun tədqiqi üçün iki proses, dərin virtual Compton səpilməsi (DVCS) və dərin virtual mezon istehsalı (DVMP) Jefferson laboratoriyasında və digər obyektlərdə aparılır.

Karpi və Dutrieux qrupun işinin Lonq Aylenddəki DOE-nin Brookhaven Milli Laboratoriyasında qurulan hissəcik sürətləndiricisi olan Elektron-İon Kollayderində (EIC) təcrübələr planında olacağını gözləyirlər. Jefferson Lab layihə üzrə Brookhaven Milli Laboratoriyası ilə əməkdaşlıq edib.

EIC-nin bugünkü alətlərin siqnal itirməyə başladığı nöqtədən kənarda adronları araşdırmaq üçün kifayət qədər güclü olacağı gözlənilir, lakin hadronların necə yığıldığının strukturunun tədqiqi EIC-nin onlayn olmasını gözləməyəcək.

“Bizim Jefferson Laboratoriyasında bəzi yeni təcrübələrimiz var. Onlar indi məlumat toplayır və hesablamalarımızla müqayisə etmək üçün bizə məlumat verirlər” dedi Karpi. “Və sonra biz ümid edirik ki, EIC-də daha da yaxşı məlumat toplaya və əldə edə bilək. Bütün bunlar bu tərəqqi zəncirinin bir hissəsidir.”

HadStruc Əməkdaşlıq üzvləri Jefferson Laboratoriyasında və digər obyektlərdə QCD nəzəriyyəsi işlərinin əlavə eksperimental tətbiqlərini axtarırlar. Buna misal olaraq, onilliklər ərzində əldə edilən məlumatların daha dəqiq nəticələrini hesablamaq üçün superkompüterlərdən istifadə etmək olar.

Karpi əlavə etdi ki, o, eksperimentatorları bir neçə addım qabaqlamağa ümid edir.

“QCD həmişə eksperimentlərdən geri qalıb. Biz adətən hadisələrin baş verdiyini “proqnozlaşdırmaq” əvəzinə “sonrakı diktə” edirdik”, – Karpi deyib. “Beləliklə, indi biz həqiqətən irəliyə gedə bilsək – təcrübəçilərin hələ edə bilmədiyi bir şeyi edə bilsək – bu, çox gözəl olardı.”

Daha çox məlumat: Hervé Dutrieux və digərləri, Pseudo-paylanmalardan qütbləşməmiş GPD-lərə doğru, Yüksək Enerji Fizikası Jurnalı (2024). DOI: 10.1007/JHEP08(2024)162

Thomas Jefferson National Accelerator Facility tərəfindən təmin edilmişdir