本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
粒子物理學的標準模型,這個理論界的“老黃牛”,又一次躲過了一劫。該模型闡述了所有已知基本粒子的性質,並描述了支配自然的四種基本力中的三種(引力被排除在外——為引力找到歸宿是物理學中最緊迫的問題之一)。但它也提出了一些問題——例如,為什麼構成原子核的質子和中子應該如此重,而它們的組成部分,夸克和膠子,卻如此輕?(事實上,標準模型認為膠子是無質量的。)
因此,一個歐洲研究團隊承擔了一項艱鉅的任務,即使用量子色動力學的基本假設,從下往上計算所謂的強子(如質子和中子)的質量。量子色動力學是關於膠子如何透過強核力將夸克結合在一起的理論。(儘管夸克和膠子本身沒有多少質量,但它們確實蘊含能量;使用愛因斯坦著名的方程 E = mc2, 該能量可以轉化為質量。)
這不是一件容易的任務,因為即使在量子理論中的空曠空間中,也充滿了隨時間波動的場——所謂的虛粒子會突然出現,然後又迅速消失。這些虛粒子可能會嚴重破壞小規模計算機模型,除非得到適當的考慮,否則會使任何質量或能量估計失準,而計算機算力直到最近才能夠做到這一點。
德國於利希約翰·馮·諾伊曼計算研究所的物理學家斯特凡·杜爾及其合作者將空間和時間分解成一個四維晶格,然後推斷出亞原子世界的樣子,包括所有虛粒子,因為晶格的間距縮小到零——因為它接近於像真實世界那樣的連續時空結構。杜爾和他的合作者透過他們的超級計算機數字運算發現的質量與實驗觀察結果非常吻合,這再次表明標準模型是正確的,即使它有些不完整。他們的研究結果今天發表在《科學》雜誌上。圖片來源:Forschungszentrum Jülich/Seitenplan 友情提供,素材來自 NASA、ESA 和 AURA/Caltech