Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/0812/63920.html    Veröffentlicht: 03.12.2008 16:35    Kurz-URL: https://glm.io/63920

Jugene berechnet Masse von Kernbausteinen

Forscher bestimmen mit Jülicher Supercomputer die Masse von Nukleonen

Das Forschungszentrum Jülich hat die Masse der Bausteine der Materie auf theoretischem Weg berechnet. Mit Hilfe des Supercomputers "Jugene" gelang es, die Masse von Protonen und Neutronen zu bestimmen. Beide gelten als die wichtigsten Bausteine von Materie.

Die Berechnungen seien sehr kompliziert gewesen, erklärt Zoltan Fodor, Physiker an der Universität Wuppertal und Leiter des Projekts. Am Ende gelang es den Wissenschaftlern jedoch, die Masse von Protonen, Neutronen und weiteren Partikeln zu bestimmen. Damit könne, so Fodor, der "Ursprung der mit Abstand überwiegenden Mehrheit der sichtbaren Masse nunmehr erklärt werden".

Die Materie ist aus Atomen zusammengesetzt. Diese vermeintlich kleinsten Teilchen bestehen ihrerseits aus einem Kern, der von einer Wolke aus Elektronen umgeben ist. Der Kern ist aus Neutronen und Protonen zusammengesetzt. Diese Kernbausteine sind aus je drei Quarks aufgebaut. "Mehr als 99,9 Prozent der Masse im sichtbaren Universum stammt von Protonen und Neutronen", erklärt Fodor. Die Massen dieser drei Quarks jedoch ergeben zusammen nur fünf Prozent der gesamten Masse eines Kernbausteins. Den großen Rest der Masse der Kernbausteine, auch Nukleonen genannt, macht die Bewegungsenergie der Quarks und der zwischen ihnen ausgetauschten Teilchen aus - gemäß Einsteins Formel, nach der Energie und Masse äquivalent sind.

Die Forscher um Fodor konnten erstmals die sogenannte starke Wechselwirkung auch für größere Quark-Abstände richtig beschreiben und so die Massen von Protonen, Nukleonen und anderen aus Quarks aufgebauten Teilchen berechnen. Die starke Wechselwirkung bindet die drei Quarks eines Nukleons aneinander. Seit längerer Zeit gibt es für diese Kraft, die nur im Bereich der Elementarteilchen von Bedeutung ist, eine theoretische Beschreibung, die Quantenchromodynamik. "Im Prinzip sollte es möglich sein, aus der Quantenchromodynamik die Masse der Nukleonen zu berechnen", so Fodor.

Bislang fehlte den Forschern jedoch die Möglichkeit, diese komplizierten Berechnungen durchzuführen. Das gelang jetzt mit Hilfe des Jülicher Supercomputers. "Dieses Ergebnis zeigt, dass die Theorie der Quantenchromodynamik die richtige Theorie für die fundamentale physikalische Kraft der starken Wechselwirkung ist", sagt Fodor.

Der im Februar 2008 offiziell in Betrieb genommene Jugene ist mit 180 Billionen Rechenschritten pro Sekunde (180 Teraflops) der schnellste Rechner Europas. In der Weltrangliste der Supercomputer rangiert der Jülicher Computer auf Platz 11.  (wp)


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