มวลของอนุภาคย่อยเพียง 9 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มาจากมวล เว็บตรง ของควาร์กมวลของโปรตอนเป็นมากกว่าผลรวมของชิ้นส่วนของมัน และตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่าส่วนสำคัญของอนุภาคใต้อะตอมคืออะไร
โปรตอนประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์ก ดังนั้นคุณอาจคาดหวังว่าการบวกมวลของควาร์กควรให้มวลของโปรตอนแก่คุณ อย่างไรก็ตาม ผลรวมนั้นน้อยเกินไปที่จะอธิบายมวลของโปรตอนได้ และการคำนวณใหม่แบบละเอียดแสดงให้เห็นว่ามีเพียง 9 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักโปรตอนเท่านั้นที่มาจากมวลของควาร์กที่เป็นส่วนประกอบ มวลโปรตอนที่เหลือมาจากผลกระทบที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นภายในอนุภาค นักวิจัยรายงานใน จดหมายทบทวน ทางกายภาพ วันที่ 23 พ.ย.
ควาร์กได้มวลของมันจากกระบวนการที่เชื่อมต่อกับฮิกส์โบซอน
ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่ตรวจพบครั้งแรกในปี 2555 ( SN: 7/28/12, p. 5 ) แต่ “มวลควาร์กมีขนาดเล็ก” Keh-Fei Liu ผู้เขียนร่วมการศึกษาและนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยเคนตักกี้ในเล็กซิงตันกล่าว ดังนั้นสำหรับโปรตอน คำอธิบายของฮิกส์จึงสั้น
แทนที่จะเป็นอย่างนั้น มวลอิเล็กตรอน 938 ล้านอิเล็กตรอนของโปรตอนส่วนใหญ่เกิดจากความซับซ้อนของโครโมไดนามิกของควอนตัม หรือ QCD ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายการปั่นอนุภาคภายในโปรตอน การคำนวณด้วย QCD นั้นยากมาก ดังนั้นในการศึกษาคุณสมบัติของโปรตอนในทางทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์จึงอาศัยเทคนิคที่เรียกว่า lattice QCD ซึ่งแบ่งพื้นที่และเวลาออกเป็นตารางซึ่งมีควาร์กอาศัยอยู่
การใช้เทคนิคนี้ นักฟิสิกส์เคยคำนวณมวลโปรตอน ( SN: 12/20/08, p. 13 ) นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี André Walker-Loud จาก Lawrence Berkeley National Laboratory ในแคลิฟอร์เนียกล่าวว่านักวิทยาศาสตร์ไม่ได้แยกแยะว่ามวลนั้นมาจากไหนจนถึงปัจจุบัน “มันน่าตื่นเต้นเพราะเป็นสัญญาณว่า … เรามาถึงยุคใหม่แล้วจริงๆ” ซึ่ง QCD ตาข่ายสามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้ดียิ่งขึ้น
นอกเหนือจาก 9 เปอร์เซ็นต์ของมวลโปรตอนที่มาจากน้ำหนักของควาร์กแล้ว 32 เปอร์เซ็นต์นั้นมาจากพลังงานของควาร์กที่เคลื่อนไปมาภายในโปรตอน Liu และเพื่อนร่วมงานพบว่า (นั่นเป็นเพราะว่าพลังงานและมวลเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน ต้องขอบคุณสมการที่มีชื่อเสียงของ Einstein คือ E=mc 2 ) ผู้ครอบครองโปรตอนอื่นๆ ซึ่งเป็นอนุภาคไร้มวลที่เรียกว่ากลูออนที่ช่วยจับควาร์กเข้าด้วยกัน มีส่วนสนับสนุนอีก 36 เปอร์เซ็นต์ด้วยพลังงานของพวกมัน
ส่วนที่เหลืออีก 23 เปอร์เซ็นต์เกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของควอนตัมที่เกิดขึ้นเมื่อควาร์กและกลูออนมีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบที่ซับซ้อนภายในโปรตอน
ปฏิสัมพันธ์เหล่านั้นทำให้ QCD ดูถูกหลักการที่เรียกว่าค่าคงที่ของมาตราส่วน ในทฤษฎีที่ไม่แปรผันของมาตราส่วน การยืดหรือย่อพื้นที่และเวลาไม่ได้สร้างความแตกต่างให้กับผลลัพธ์ของทฤษฎี อนุภาคขนาดใหญ่ทำให้ทฤษฎีมีมาตราส่วน ดังนั้นเมื่อ QCD ท้าทายความแปรปรวนของสเกล โปรตอนก็จะได้รับมวลเช่นกัน
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Andreas Kronfeld จาก Fermilab ในเมือง Batavia รัฐอิลลินอยส์กล่าวว่าผลการศึกษาไม่น่าแปลกใจนักนักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่ามวลของโปรตอนถูกสร้างขึ้นในลักษณะนี้ แต่เขากล่าวว่า “การคำนวณแบบนี้แทนที่ความเชื่อด้วยความรู้ทางวิทยาศาสตร์”
Radice กล่าวว่า “คลื่นความโน้มถ่วง นิวตริโน และแสงจากซุปเปอร์โนวาดาราจักรถัดไปอาจทำให้เราเข้าใจโครงสร้างของดาวระเบิด และธรรมชาติของกลไกที่กระตุ้นการระเบิดของมัน
สิ่งที่จับได้คือซุปเปอร์โนวาจะต้องอยู่ใกล้พอสมควรในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา เพื่อให้เครื่องตรวจจับ LIGO ปัจจุบันสามารถจับมันได้ และนักดาราศาสตร์ไม่รู้ว่าซุปเปอร์โนวาตัวต่อไปจะเกิดขึ้นเมื่อใด ( SN: 2/18/17, p. 24 )
Radice กล่าวว่า “อัตราการตรวจจับที่คาดไว้ประมาณสองต่อศตวรรษเท่านั้น ดังนั้นเราจะต้องโชคดีจริงๆ หรือต้องอดทนมากๆ” Radice กล่าว
คลื่นที่เกิดจากบิ๊กแบงสถานะ: ยังไม่มีนักฟิสิกส์คาดว่าคลื่นความโน้มถ่วงขนาดเล็กจำนวนมากจากทั่วจักรวาลจะชนโลกตลอดเวลา คลื่นเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นพื้นหลังแบบสุ่มของคลื่นความโน้มถ่วง เหมือนกับเสียงอึกทึกในห้องที่มีผู้คนพลุกพล่าน
นักฟิสิกส์คิดว่าอย่างน้อยเสียงเหล่านั้นบางส่วนมาจากบิ๊กแบง การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของวัตถุที่สร้างขึ้นโดยบิ๊กแบงเองนั้นหมายถึงการมองย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์ของจักรวาลมากกว่าที่เคยเป็นมา แต่มันจะเป็นเรื่องยากที่จะหยอกล้อสัญญาณนั้นนอกเหนือจากสัญญาณอื่นๆ
“เมื่อคุณได้เครื่องตรวจจับที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น คุณอาจสามารถเลือกเสียงของแต่ละคนได้” Berry กล่าว “ขณะนี้เป็นปัญหาที่ยังไม่ได้แก้ไข” เว็บตรง
