W rozległym gobelinie wszechświata, gdzie mikroskopijne elementy budulcowe materii splatają się z kosmicznym tańcem galaktyk, kryje się historia głębokich odkryć. Udaj się do krainy, w której prawa fizyki, jakie znamy, zostają podważone i potwierdzone, a niewidzialne siły spajające strukturę naszej rzeczywistości wychodzą na światło dzienne. Ta narracja nie zrodziła się na kartach powieści science fiction, ale wyłania się z nowatorskich badań w sercu fizyki kwantowej. Na tej granicy naukowcy rozpoczynają rygorystyczne badania, aby zrozumieć pochodzenie masy cząstek, ujawniając spostrzeżenia łączące nieskończenie małe z ogromnymi, od atomów w naszych ciałach po odległe gwiazdy.
Nieustające dążenie do rozszyfrowania najmniejszych cegiełek wszechświata i tajemniczych sił spajających tkankę rzeczywistości to saga obejmująca stulecia badań naukowych. W tym ogromnym obszarze ciekawości i badań przełomowe badanie profesora Keh-Fei Liu z Uniwersytetu Kentucky, opublikowane w Physics Letters B, jawi się jako latarnia postępu. Ta pionierska praca sięga głęboko w sferę kwantową, aby rzucić światło na mechanizmy masy i uwięzienia hadronów – cząstek subatomowych, w tym protonów i neutronów, mających fundamentalne znaczenie dla struktury materii. Zagłębiając się w zawiłą dynamikę chromodynamiki kwantowej (QCD) i dokonując porównań ze zjawiskami nadprzewodnictwa i kosmologii, badania profesora Liu stanowią znaczący krok w naszym zrozumieniu podstawowych zasad wszechświata.
Sercem tego badania jest anomalia śladowa, intrygujące zjawisko kwantowe wynikające z naruszenia symetrii skali w wyniku efektów kwantowych. Anomalia ta ma kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia masy i uwięzienia hadronów, zapewniając stabilność jąder atomowych. Profesor Liu wyjaśnia: „Badamy rolę anomalii śladowej w kilku właściwościach hadronów… Wykazano, że zgodność energii i równowagi hadronów prowadzi do równania stanu, w którym element matrycy anomalii śladowej wyłaniający się z kondensatu kleju w próżni wytwarza stałe ujemne ciśnienie, które prowadzi do uwięzienia podobnie jak mechanizm ograniczający wiry w nadprzewodnikach typu II”.
Poprzez skrupulatną analizę i obliczenia QCD sieci profesor Liu odkrywa, że anomalia śladowa jest w przeważającej mierze odpowiedzialna za masę protonów, a resztę stanowią masy wewnętrzne kwarków, wynoszące około 8%. To odkrycie nie tylko pogłębia naszą wiedzę o fizyce cząstek elementarnych, ale także splata losy najmniejszych cząstek z rozległym kosmosem.
W badaniu zbadano ponadto podobieństwo między anomalią śladową w QCD a stałą kosmologiczną w ogólnej teorii względności. „Zarówno anomalia śladowa w tensorze energii i pędu QCD, jak i stała kosmologiczna w równaniu Einsteina są powiązane z członem metrycznym, który składa się zarówno na energię, jak i ciśnienie” – zauważa profesor Liu, podkreślając leżącą u podstaw jedność fizyki kwantowej i kosmologii.
Łącząc spostrzeżenia od kwantowego do kosmicznego, praca profesora Liu otwiera nowe horyzonty w naszych badaniach mających na celu zrozumienie struktury wszechświata. Podkreśla kluczową rolę anomalii śladowych w różnych zjawiskach fizycznych, oferując jednolitą perspektywę, która wypełnia luki między dyscyplinami fizyki. Badania te nie tylko wzbogacają naszą wiedzę na temat podstawowych sił i cząstek, ale także torują drogę przyszłym badaniom na granicy kwantowej. Legenda do wyróżnionego obrazu: Rozkład energii protonów w stanie spoczynku na kwarki o różnych smakach i gluony, uzyskany z eksperymentów i obliczeń sieci w dwóch różnych skalach energetycznych.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Keh-Fei Liu, „Hadrony, wiry nadprzewodników i stała kosmologiczna”. Litery fizyki B, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.138418
O AUTORZE
Keh-Fei Liu urodził się w Pekinie i dorastał na Tajwanie. Stopień doktora uzyskał na Stony Brook University, a do 2023 roku jest na wydziale Uniwersytetu Kentucky. Obecnie pracuje w Lawrence Berkeley National Lab.
Jego głównym obszarem badawczym jest teoria cechowania sieci, pracując nad obliczeniami struktury nukleonów, momentu dipolowego neutronów i elektronów, rozpraszania neutrin-nukleonów i skończonej gęstości. Pracuje także nad projektem reaktora termojądrowego opartego na akceleratorze.
Otrzymał pierwszą nagrodę w dziedzinie fizyki teoretycznej od Chińskiej Akademii Nauk w 1987 r. oraz nagrodę im. Aleksandra von Humboldta dla starszego naukowca w 1989 r. Zdobył także nagrodę Alberta D. i Elizabeth H. Kirwan Memorial Prize w 2018 r.
Jest członkiem Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.
