Gran parte della massa di un protone proviene dall’energia delle particelle da cui è composto / Much of a proton's mass comes from the energy of the particles it is made of

 Gran parte della massa di un protone proviene dall’energia delle particelle da cui è composto / Much of a proton's mass comes from the energy of the particles it is made of

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

 I protoni sono costituiti da particelle ancora più piccole conosciute come quark. Potrebbe sembrare ragionevole che semplicemente sommando le masse dei quark si ottenga la massa di un protone. Eppure non è così

La massa di un protone è maggiore della semplice somma delle sue parti. Alla fine, gli scienziati hanno capito che cosa rappresenta il peso di questa particella subatomica.

I protoni sono costituiti da particelle ancora più piccole conosciute come quark. Potrebbe sembrare ragionevole che semplicemente sommando le masse dei quark si ottenga la massa di un protone. Eppure non è così.

Quella somma è troppo piccola per spiegare la massa del protone. Nuovi calcoli dettagliati mostrano che solo il 9% del peso di un protone proviene dalla massa dei suoi quark. Il resto deriva da effetti complicati che si verificano all’interno della particella.

I quark ottengono le loro masse da un processo collegato al bosone di Higgs. Questa è una particella elementare rilevata per la prima volta nel 2012. Ma “le masse dei quark sono minuscole“, spiega il fisico teorico Keh-Fei Liu. Coautore del nuovo studio, lavora presso l’Università del Kentucky a Lexington. Quindi per i protoni, osserva, la spiegazione di Higgs non è all’altezza.

Invece, la maggior parte dei 938 milioni di elettron-volt del protone proviene da qualcosa noto come QCD. QCD è l’abbreviazione di cromodinamica quantistica (KWON-tum Kroh-moh-dy-NAM-iks). La QCD è una teoria che spiega la zangolatura delle particelle all’interno del protone. Gli scienziati studiano matematicamente le proprietà del protone usando la teoria. Ma fare calcoli usando la QCD è piuttosto difficile. Quindi semplificano le cose usando una tecnica chiamata QCD (lattice). Si tratta di dividere il tempo e lo spazio in una griglia. I quark possono esistere solo sui punti della griglia.

Sembra complicato? Lo è. Sono poche le persone a comprendere veramente questo concetto (quindi siamo in buona compagnia).

I ricercatori hanno descritto la loro nuova scoperta su Physical Review Letters.

Impressionante impresa

I fisici avevano usato già, in precedenza, questa tecnica per calcolare la massa del protone. Ma fino ad ora, non avevano separato le parti del protone che fornivano parte della sua massa, spiega André Walker-Loud, fisico teorico del Lawrence Berkeley National Laboratory in California. “È emozionante“, dice, “perché è un segno che … abbiamo davvero colpito questa nuova era,” un’era in cui il QCD del reticolo può essere utilizzato per comprendere meglio i nuclei degli atomi.

Liu e colleghi hanno scoperto che oltre alla massa proveniente dai quark, un altro 32% della massa dei protoni proviene dall’energia dei quark che si aggirano all’interno del protone (Questo perché energia e massa sono due facce della stessa medaglia: Albert Einstein lo ha dimostrato con la

 famosa equazione, E = mc2. E sta per energia, m è la massa e c è la velocità della luce).

Ora viene una cosa davvero strana: le particelle senza massa chiamate gluoni, che fanno da collante tra i quark, contribuiscono con un altro 36 percento della massa di un protone attraverso la loro energia.

Il restante 23 percento deriva dagli effetti che si verificano quando i quark ed i gluoni interagiscono in modi complicati. Questi effetti sono il risultato della meccanica quantistica quello strano ramo della fisica che descrive cose l’immensamente piccolo.

“I risultati dello studio non sono sorprendenti,” afferma Andreas Kronfeld, fisico teorico al Fermilab di Batavia, Illinois. Gli scienziati avevano a lungo sospettato che la massa del protone si cmponesse più o meno in questo modo. “Ma,” aggiunge, “le nuove scoperte sono rassicuranti. Questo tipo di calcolo sostituisce una convinzione con la conoscenza scientifica“.

ENGLISH

Protons are made up of even smaller particles known as quarks. It might seem reasonable that simply adding the masses of quarks gives us the mass of a proton. Yet this is not the case

The mass of a proton is greater than the simple sum of its parts. Eventually, scientists figured out what the weight of this subatomic particle represents.

Protons are made up of even smaller particles known as quarks. It might seem reasonable that simply adding the masses of quarks gives us the mass of a proton. Yet this is not the case.

That sum is too small to explain the mass of the proton. New detailed calculations show that only 9% of a proton's weight comes from the mass of its quarks. The rest comes from complicated effects that occur inside the particle.

Quarks get their masses from a process related to the Higgs boson. This is an elementary particle first detected in 2012. But “the masses of quarks are tiny,” explains theoretical physicist Keh-Fei Liu. Co-author of the new study, he works at the University of Kentucky in Lexington. So for protons, he notes, the Higgs explanation falls short.

Instead, most of the proton's 938 million electron volts come from something known as QCD. QCD is short for quantum chromodynamics (KWON-tum Kroh-moh-dy-NAM-iks). QCD is a theory that explains the churning of particles inside the proton. Scientists study the properties of the proton mathematically using theory. But doing calculations using QCD is quite difficult. So they simplify things by using a technique called QCD (lattice). It's about dividing time and space into a grid. Quarks can only exist on grid points.

Does it sound complicated? It is. Few people truly understand this concept (so we are in good company).

The researchers described their new discovery in Physical Review Letters.

Impressive feat

Physicists had previously used this technique to calculate the mass of the proton. But until now, they hadn't separated out the parts of the proton that provided some of its mass, explains André Walker-Loud, a theoretical physicist at Lawrence Berkeley National Laboratory in California. “It's exciting,” he says, “because it's a sign that… we've really hit this new era,” an era in which lattice QCD can be used to better understand the nuclei of atoms.

Liu and colleagues found that in addition to the mass coming from the quarks, another 32% of the mass of the protons comes from the energy of the quarks hanging around inside the proton (This is because energy and mass are two sides of the same coin: Albert Einstein he demonstrated this with the famous equation, E = mc2. E stands for energy, m is the mass and c is the speed of light).

Now comes a really strange thing: Massless particles called gluons, which act as the glue between quarks, contribute another 36 percent of a proton's mass through their energy.

The remaining 23 percent comes from effects that occur when quarks and gluons interact in complicated ways. These effects are the result of quantum mechanics, that strange branch of physics that describes immensely small things.

“The results of the study are not surprising,” says Andreas Kronfeld, a theoretical physicist at Fermilab in Batavia, Illinois. Scientists had long suspected that the mass of the proton was composed in much this way. “But,” he adds, “the new findings are reassuring. This type of calculation replaces a belief with scientific knowledge.”

Da:

https://reccom.org/gran-parte-massa-protone-proviene-energia-particelle/?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTEAAR1XvUJXpr9UXlNfTSN0psYWusn1as0sEL4ptdvJwIZc_UYf2JRoBJVllt8_aem_AX-R-U2R-zABw_i6SH7OyCBLcgBduWpilq6D2-a1rUSO5Kt7sEeW5pK6o2IXwMd3iaJOK3szchD7yasOtOaxLKyy