نیروهای ضعیف ما را از رمزگشایی اختلاط کوارک باز می‌داشتند، اما نه حالا
پروتون‌ها و نوترون‌هایی که در همه اتم‌ها یافت می‌شوند، از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. بدون کوارک‌ها، تصور یک هسته اتمی غیرممکن است.
بنابراین، درک علمی که کوارک‌ها را کنترل می‌کند برای فهم اصول بنیادی ماده، نیروهایی که هسته‌ها را به‌هم می‌چسبانند و فرآیندهایی که جهان را شکل می‌دهند، مهم است.
از زمانی که برای اولین بار کوارک‌ها نظریه‌ای شدند، پنجاه سال گذشته است، اما بسیاری از جنبه‌های این ذرات هنوز برای دانشمندان معماست.
به عنوان مثال، کوارک‌ها انواع مختلفی دارند و توانایی تبدیل از یک نوع به نوع دیگر را از طریق فرآیندی به نام اختلاط کوارک دارند. حتی مدل استاندارد فیزیک ذرات توضیح نمی‌دهد که این اختلاط چقدر مکرر رخ می‌دهد.
یک تیم محققان بین‌المللی یک چارچوب ایجاد کرده که وعده می‌دهد اسرار زیادی از اختلاط کوارک را آشکار کند.
رمزگشایی علم اختلاط کوارک
کوارک‌ها به شش نوع تقسیم می‌شوند؛ بالا، پایین، افسون، عجیب، بالا و پایین. دو نوع اول (بالا و پایین) به‌عنوان نسل اول کوارک‌ها در نظر گرفته می‌شوند، دو نوع بعدی به‌عنوان نسل دوم و دو نوع آخر به‌عنوان نسل سوم کوارک‌ها شناخته می‌شوند.
قوی‌ترین اختلاط کوارک در مورد کوارک‌های بالا و پایین مشاهده می‌شود. این به دلیل سبک‌ترین و بالاترین پایداری آنها در بین همه کوارک‌ها است. نویسندگان مطالعه همچنین چارچوب خود را برای فهم اختلاط بین این کوارک‌های نسل اول بکار بردند.
آنها اختلاط کوارک را از طریق فروپاشی بتا هسته‌ای بسیار دقیق اندازه‌گیری کردند؛ نوعی بسیار دقیق و سریع از فروپاشی بتا که در آن یک پروتون در یک هسته به نوترون (یا برعکس) بدون تغییر ساختار هسته یا سطوح انرژی به‌طور قابل توجهی تغییر می‌کند. در فروپاشی‌های بسیار دقیق، هسته‌ها اسپین ندارند که انجام محاسبات لازم را آسان می‌کند.
چارچوب نشان داد که اندازه‌گیری اختلاط کوارک به دلیل نیروهای مختلفی که در فرآیند فروپاشی دخیل هستند، چالش برانگیز بوده است. به عنوان مثال، محققان تصحیحاتی را که از ساختار خود هسته اتمی حاصل می‌شوند، شناسایی کردند.
این تصحیحات به تعامل نیروی ضعیف (که باعث فروپاشی بتا می‌شود) با هسته وابسته است، به‌ویژه به عناصر ماتریسی (ابزارهای ریاضی که انتقالات بین وضعیت‌های اولیه و نهایی هسته‌ای را توصیف می‌کند).
مرحله بعدی از بین بردن عدم قطعیت‌ها
تحلیل فوق نشان می‌دهد که تعاملات ضعیف باعث بسیاری از عدم قطعیت‌هایی می‌شوند که در محاسبه اختلاط کوارک پدید آمده‌اند. مطالعه همچنین تصحیحاتی را برجسته می‌کند که می‌تواند به ما در غلبه بر این عدم قطعیت‌ها کمک کند.
نویسندگان مطالعه بیان می‌کنند: «در این کار، یک گزارشی دقیق از تصحیحات الکترومغناطیسی به فروپاشی‌های بتا بسیار دقیق در نظریه میادین مؤثر (EFT)، شامل شمارش توان، مشارکت‌های بالقوه و نرم‌افزاری، و توزیع در نرخ فروپاشی ارائه می‌دهیم.»
علاوه بر نیروهای ضعیف، تعاملات الکترومغناطیسی و نیروهای هسته‌ای قوی نیز سهم خود را در ایجاد عدم قطعیت‌ها دارند.
تا کنون، دانشمندان از نقش این نیروها (به ویژه نیروی ضعیف) در ایجاد عدم قطعیت‌ها بی‌خبر بودند. این مطالعه به آنها یک نقطه شروع داده که از آنجا قادر به حل کل معمای اختلاط کوارک خواهند بود.
می‌توانید مطالعات توصیف کننده چارچوب را اینجا و اینجا بخوانید.
