Учёные подтвердили знаменитую формулу Эйнштейна

Более ста лет прошло с тех пор, как Альберт Эйнштейн вывел свою знаменитую формулу. И вот наконец двенадцать физиков из Франции, Германии и Венгрии смогли подтвердить её при помощи сложных вычислений.

Можно много говорить о том, кто же является "настоящим отцом" знаменитой E=mc², или если писать совсем уж правильно, то E₀=mc² (где E₀ – энергия покоя тела массой m). Но будем придерживаться классического представления о том, что именно Эйнштейн связал массу и энергию и обобщил её на все физические явления, и поговорим о современном достижении.

Что же смущало учёных все эти годы? Согласно общепринятой модели, протоны и нейтроны (или нуклоны, составляющие атомного ядра) состоят из кварков и связывающих их глюонов. При этом известно, что у глюонов – нулевая масса, а масса кварков составляет лишь 5% массы ядра. Так откуда взялись остальные 95%?

Группа учёных под руководством Лорана Лелуша (Laurent Lellouch) из французского Центра теоретической физики (Centre de physique theorique) всё же смогла с помощью мощных суперкомпьютеров "посчитать", какова масса протонов и нейтронов.

Знаменитая формула появлялась и на небоскрёбе Taipei 101 во время прохождения Всемирного года физики, 2005 год (фото с сайта tmu.edu.tw).

По данным проведённого исследования, оставшиеся 95% массы "кроются" в энергии движения и взаимодействия между кварками и глюонами.

Другими словами, подтверждается взаимосвязь энергии и массы (одно может переходить в другое).

Данная взаимосвязь много раз подтверждалась и использовалась на практике, чаще всего для создания ядерного оружия (сколько энергии высвободится, если определённое количество массы перевести в энергию?).

Между тем разрешить данное уравнение на субатомном уровне (в квантовой хромодинамике) было задачей не из простых.

"До этого существовали лишь гипотезы", — гордо заявляют учёные в пресс-релизе парижского Национального центра научных исследований (National Center for Scientific Research).

Чтобы упростить задачу, физики использовали созданную ещё в 1970-х модель квантовой хромодинамики на решётке (lattice quantum chromodynamics). В созданной ими компьютерной программе пространство представляло собой не континуум, а трёхмерный массив точек, время также было не сплошным, а в виде дискретных точек. Таким образом, пространство-время стало четырёхмерной решёткой, кварки учёные привязали к определённым точкам решётки, а глюоны — к связям между ними. Были сделаны и другие улучшения/допущения, которые позволили оценить массы нуклонов с точностью порядка 2%.

Все подробности проведённого исследования и последующих расчётов вы найдёте в статье авторов, вышедшей в журнале Science.

Объединённая команда физиков ко всему прочему доказала работоспособность квантовой хромодинамики на решётке, что также обрадовало учёных всего мира. Ведь во многих областях науки им есть что посчитать, хотя пока нет возможности измерить это экспериментальным путём.

Например, физики до сих пор ничего не знают о распределении виртуальных частиц внутри протона и о происхождении его спина.