Anzeige
An international research team has reconciled two theories that explain the properties of the pion. The work is important because this subatomic particle plays a key role in the strong interaction—the fundamental force that holds atomic nuclei together.
The pion consists of a quark and an anti-quark, meaning it is classified as a hadron alongside protons and neutrons—but it has very different properties.
“One puzzle was that the pion is much lighter than other hadrons,” says scientist Sinya Aoki, based at the University of Tsukuba and the RIKEN BNL Center in New York.
The unexpectedly light pion mass was first explained by Yoichiro Nambu, who received the Nobel Prize for Physics in 2008. He realized that the strong interaction usually obeys a rule called ‘chiral symmetry’, but in a vacuum this rule can be broken.
“A quark has spin, or self-rotation, which can be in a left-handed or right-handed direction,” Aoki explains. “The chiral symmetry means that left-handed quarks and right-handed quarks never mix with each other. If this chiral symmetry is spontaneously broken, a pion appears to be massless. This, however, is not true if the quarks have mass.”
In fact, pions have a tiny mass due to the small but non-zero quark mass, irrespective of the large energy scale of the strong interaction.
Effects of quark mass in the presence of spontaneous chiral symmetry breaking have been illustrated using a tool called chiral perturbation theory. However it is important to show that the symmetry breaking can occur in the fundamental theory of the strong interaction, called quantum chromodynamics (QCD), which governs the behavior of quarks and gluons.
Until now it has been difficult for QCD to verify the small pion mass owing to problems such as ‘sea quarks’—virtual quark-antiquark pairs that pop in and out of existence in the gluon field.
In their latest work1, Aoki and co-workers used powerful supercomputers (Fig. 1) at the High Energy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba to run QCD numerically on a lattice. They calculated exactly how the mass and decay properties of a pion depend on the quark mass.
They have shown for the first time that QCD provides the same results as chiral perturbation theory, if one assumes a small enough quark mass. Aoki is delighted with the success.
“Our results not only show that the lattice QCD and the chiral perturbation theory agree, but also prove that Nambu's chiral symmetry breaking indeed occurs in QCD.”
Reference
1. Noaki, J., Aoki, S., Chiu, T.W., Fukaya, H., Hashimoto, S., Hsieh, T.H., Kaneko, T., Matsufuru, H., Onogi, T., Shintani, E. & Yamada, N. Convergence of the chiral expansion in two-flavor lattice QCD. Physical Review Letters 101, 202004 (2008).
The corresponding author for this highlight is based at the RIKEN Theory Group
Saeko Okada | Quelle: Research asia research news
Weitere Informationen: www.rikenresearch.riken.jp/research/669/
www.researchsea.com
Weitere Berichte zu: anti-quark > atomic nuclei > Breaking Waves > hadron alongside protons and neutrons > hadrons > left-handed quarks > non-zero quark mass > QCD > quantum chromodynamics > RIKEN > sea quarks > subatomic particle > symmetry violations
Mit Hitze Daten speichern
07.02.2012 | Paul Scherrer Institut (PSI)
Mit Laserpuls auf das einzelne Molekül
06.02.2012 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Eine Puppe in der Puppe und noch eine drumherum – so erklärt Thomas Fässler seine Moleküle: Er packt ein Atom in einem Käfig in noch ein weiteres Atomgerüst.
Mit ihrer großen Oberfläche könnten solche Strukturen als hocheffiziente Katalysatoren dienen. Wie bei dem russischen Holzspielzeug sitzt ganz innen drin ein einzelnes kleines Zinnatom, eingepackt in eine Hülle aus zwölf Kupferatomen, und diese ist nochmals umgeben von weiteren 20 Zinnatomen.
In der Arbeitsgruppe von Professor Fässler am Institut für Anorganische ...
Eine Notunterkunft muss schnell verfügbar, kostengünstig, leicht zu transportieren und unkompliziert im Aufbau sein.
In der Katastrophenhilfe ist daher das Zelt die erste Wahl. Doch oft wird aus dem Provisorium ein Dauerzustand, der sich über Jahre erstrecken kann. Ziel des Projektes Architekturstudierender am KIT: ein Ansatz, der die Lebensbedingungen in solchen Zeltlagern verbessert. Mit der sechseckigen Konstruktion „x-tent.me“ entwickelten sie eine Übergangsform zwischen temporärer ...
Viele Insektenlarven fressen Pflanzen und richten so in der Landwirtschaft Schaden an. Wie wird das Fressverhalten der Larven gesteuert, welche Hormone sind daran beteiligt? Das untersuchen Wissenschaftler vom Biozentrum der Universität Würzburg. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ihr Projekt.
Ob ein Mensch Hunger spürt oder sich satt fühlt, wird durch ein komplexes Signalnetzwerk in seinem Organismus bestimmt. Daran beteiligt sind Nervensystem, Magen-Darm-Trakt, Bauchspeicheldrüse und Fettzellen, wobei diese Akteure über so genannte Neuropeptide wie Orexin und über Peptidhormone wie Insulin oder Leptin miteinander kommunizieren. Peptide von diesem Typus spielen im ...
Siemens hat eine getriebelose Windenergieanlage mit sechs Megawatt (MW) Leistung für den Offshore-Einsatz auf den Markt gebracht.
Windturbinen ohne Getriebe zeichnen sich durch ein robustes Design und ein geringes Gesamtgewicht aus. Diese Kombination senkt Infrastruktur-, Installations- und Wartungskosten und steigert die Energieausbeute und damit die Rentabilität über die gesamte Lebensdauer der Anlage. Die Rotorblätter der SWT-6.0-Windturbine sind mit 75 Meter Länge die größten für 6-MW-Anlagen.
Sie basieren auf ...
Siemens hat den weltweit ersten Leistungsschalter entwickelt, der bei Spannungen von 1,2 Millionen Volt arbeitet.
Solche Ultrahochspannungen erhöhen die Übertragungskapazität von Stromleitungen und bieten so die Möglichkeit, auf relativ wenigen Trassen große Mengen elektrischer Energie zu transportieren.
Leistungsschalter werden in Umspannwerken eingesetzt, um einzelne Stromleitungen zu- oder abzuschalten. Der neue Schalter ist für eine Testinstallation im indischen Bina bestimmt. Indien setzt auf die Ultrahochspannungs-Technik, um seine ...
Anzeige
Anzeige

07.02.2012 | Physik Astronomie
Sharp images from the living mouse brain
07.02.2012 | Biowissenschaften Chemie
07.02.2012 | Architektur Bauwesen
Zuverlässig und sicher fahren mit alternativen Antrieben
07.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
II. HHL-Energiekonferenz zu “Smart Cities“
07.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
GI-VDE-Forum zum Thema IT-Sicherheit auf der CeBIT am 9. März 2012 ab 11:00 Uhr
07.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten