Quantenchromodynamik mit Superrechner bestätigt

[Sino]

Scinexx-Wissensmagazin: Einem internationalen Forscherteam ist es erstmals gelungen, die Masse der wichtigsten Bausteine der Materie - Protonen und Neutronen - auf theoretischem Weg zu berechnen....

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell...008-11-21.html

Prinzipiell beruht die Quantenchromodynamik zur Erklärung der Vorgänge von Quarks und Gluonen soweit ich weiss auf dem gleichen Ansatz, den Feynman für seine Theorie der QED (Quantenelektrodynamik) verwandt hat, die die Wechselwirkung von geladenen Teilchen mit Photonen und W+Z Bosonen entwickelt hat, wobei die QED als die am besten bestätigte Theorie der Physik gilt.

Das Problem der Quantenchromodynamik war nun lange Zeit, dass man sich zwar ziemlich sicher war, dass die Theorie funktioniert, aber da die Vorgänge soviel komplexer gegenüber der QED waren durch ein Gros mehr an Möglichkeiten der Wechselwirkung, war eine genaue Überprüfung bisher kaum möglich.
Nun hat man mit dem Supercomputer JUGENE in Jülich wohl viel genauer gerechnet und die im Computer errechnete Protonen- und Neutronenmasse stimmen mit den Messdaten überein. Die Massen ergeben sich danach grössenteils aus der Bewegungsenergie der Quarks und Gluonen nach Einsteins Formel E=mc².

(edit: Genauigkeit stand in dem Artikel nicht, vielleicht gibt es dazu etwas auf einer Seite vom Forschungzentrum Jülich)

[richy]

Steht heute auch bei CNN NTV drin
http://www.n-tv.de/1057260.html

[Jogi]

Zitat von ntv

...Einsteins Spezielle Relativitätstheorie von 1905 auf subatomarer Ebene: Auch dort sind Energie und Masse äquivalent. "Bisher war das eine Hypothese", erklärte das CNRS. "Es wird nun zum ersten Mal untermauert."

Und weiter:

Basis sei ein Modell gewesen, "das Raum und Zeit als Teil eines vierdimensionalen Kristallgitters darstellt, mit diskreten Punkten, die entlang Spalten und Reihen verteilt wurden".

Verstehe ich das richtig?

Man hat da also auch eine Art dynamische Struktur geschaffen, die bei entsprechend hoher Auflösung die Messwerte bestätigt und auch noch theoretisch erklärt.

Wie würde wohl eine Visualisierung dieser Gitterpunkte aussehen?


Gruß Jogi

[Sino]

@Jogi

Hier steht auch noch etwas mehr dazu:
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=11262

Das Modell läuft unter dem Namen Gitter-QCD ( engl. Lattice GCD ).
Weiss leider selber nichts über die Felder, mit denen da gearbeitet wird.

Aber dass man das Ganze als Kristallstruktur auf einem Raumzeitgitter betrachten kann, scheint mir nicht so abwegig.
Es gibt ja auch die klassischen Verfahren, um z.b. die Maxwellschen Gleichungen im Raum zu simulieren, wie Finite-Difference-Time-Domain.
Da hat man dann Gitterpunkte im 3-dimensionalen Raum und geht in Zeitschritten Delta_t voran, berechnet die Veränderung, die sich aus der Wechselwirkung zwischen benachbarten Gitterpunkten ergibt und bekommt damit den Zustand des neuen Gitters.

Nun könnte man die Zeitachse natürlich auch diskretisieren und dann mit den 4-D Raumzeitkoordinaten der SRT arbeiten.
Dann hätte man es nicht mehr mit einen dynamischen 3D-Raumgitter zu tun, dass man sukzessive über die Zeit verändert, sondern quasi mit einem Gitter aus 4-D Raumzeitpunkten, dass man mit Hilfe der in 4D formulierten Wechselwirkungen füllt. Das Gebilde könnte man dann wohl auch "Kristallgitter" in einer Raumzeit nennen.

Ist natürlich etwas spekulativ von mir, aber die Sache mit dem Übergang von klassischer 3D Simulation mit einem Raumgitter, dessen Punkte man über die Zeit verändert, zu einem 4D Raumzeit-Gitter, weil die Theorien eh so formuliert sind, scheint mir naheliegend.

P.S.: Der Simulationsaufwand wird aber sicher ungeheuer hoch sein, 3D Probleme relativ genau so zu lösen zwingt die Rechner schon in die Knie, bei 4D muss es übel werden.

[Uli]

Zitat von Sino

...
Das Problem der Quantenchromodynamik war nun lange Zeit, dass man sich zwar ziemlich sicher war, dass die Theorie funktioniert, aber da die Vorgänge soviel komplexer gegenüber der QED waren durch ein Gros mehr an Möglichkeiten der Wechselwirkung, war eine genaue Überprüfung bisher kaum möglich.
...

Hinzu kommt, dass bei den niedrigen Energien, die typisch sind für Confinement (Bindung der Quarks zu Hadronen), der störungstheoretische Ansatz (Feynman-Diagramme) versagt, da in diesen Bereichen die effektive Kopplungskonstante der QCD zu groß ist, um Reihenentwicklungen zu ermöglichen.

Bei hohen Energien ("asymptotische Freiheit") - z.B. tief inelastische Streuung - hat sich die QCD ja schon lange bewährt.

[richy]

P.S.: Der Simulationsaufwand wird aber sicher ungeheuer hoch sein, 3D Probleme relativ genau so zu lösen zwingt die Rechner schon in die Knie, bei 4D muss es übel werden.

Hab mir das auch gerade ueberlegt.
Es kommt aber natuerlichauf die Aufloesung, Anzahl der Gitterpunkte an.
Als ich noch an der Uni gearbeitet habe, hat eine Workstation fuer eine 2 D Simulation schon mal 14 Tage gerechnet. Das waeren Wellenausbreitungen, also Zeitfunktionen und daher im Grunde 3 D Simulationen. Wobei man ueber Symetrie im Grunde immer 4 D rechnet,.abhaengig vom Koordinatensystem.

Und jedes Ballerspiel stellt so gesehen auch eine 4 D Simulation dar.
Aber verktoriell und mit geringer Aufloesung.

Sorry dass ich hier wieder B.Heim erwaehne. Aber diese Simulation ist seiner Vorgehensweise schon recht aehnlich. Quantisierte Feldgleichungen der ART werden bis hinunter zur Quantenebene betrachtet.
@sino
Hast du mitverfolgt, dass die Gravitation der Gravitation von Heim im Detail doch anders behandelt wurde als von Einstein ?
http://www.relativ-kritisch.de/forum...t=272&start=60
Heim hat hier noch die E,M Felder beruecksichtigt.

Wuerde man dies aendern und noch "etwas" analytische Vorarbeit leisten, muesste man automatisch bei der Heim Theorie landen.

Aber jetzt wird mir gerade auch klar. Wollte man hier numerisch etwas simulieren. Das waeren ja 6D oder 8D Simulationen !
Mit der heutigen Rechnergeneration gar nicht realisierbar.
Wobei Heim uns einen Teil der Arbeit bereits abgenommen hat, indem er analytische Loesungen berechnet hat.
Diese Metronenrechnung.
Damit muesste sich doch auch eine neues numerisches Verfahren konstruieren lassen.
Potential, dass einfach so auf der Strasse liegt. Dazu kostenlos. Man muesste es "nur" aufheben.

[Hermes]

Diese Simulation bestätigt doch auch vor allem Einstein einmal mehr!

Was mir nicht ganz einleuchtet, wieso Quantenmechanik und Relativitätstheorie nicht zusammenpassen sollen? Hier wird doch E=mc² sehr erfolgreich auf Quantenebene angewendet!
Habe den Verdacht, das liegt am 'nichtlokalen' der Quantenmechanik, und die ist für mich persönlich mit der Annahme verschränkter Teilchen als ein einziges hochdimensionales Objekt das in Form dieser Teilchen in unsere Raumzeit ragt zufriedenstellend erklärt.

Was mir auch auffällt ist, daß man die Teilchenmasse mithilfe eines Rechenverfahrens/Modell berechnen konnte das mit einer quantisierten Raumzeit arbeitet.
Erinnert wirklich an Heim, der ja (wie auch immer?! ) eventuell auch schon die Elementarteilchenmassen errechnen konnte.

Was für ein Kunstwerk nebenbei, auf makroskopischer Ebene (JUGENE) mikroskopische Teilchen (Elektronen) in ein extrem komplexes logisches Labyrinth (die Leiterbahnen) zu führen und damit einen Vorgang im Inneren anderer subatomarer Teilchen (Protonen) abzubilden.

[criptically]

Zitat von Hermes

Diese Simulation bestätigt doch auch vor allem Einstein einmal mehr!

...

Genau, vor allem wurde bestätigt dass die Geschwindigkeit in allen Bezugssystemen eine Konstante ist.

mfg

[richy]

Genau, vor allem wurde bestätigt dass die Geschwindigkeit in allen Bezugssystemen eine Konstante ist.

Klar das steckt auch in der ART mit drin, ist aber nur ein Aspekt der RT.

@Hermes
Der Witz ist ja, dass man bei numerischen Simulationen immer quantisiert z.B. mit Differenzen rechnen muss. Wenn eine analytische Loesung nicht existiert wird numerisch simuliert.
Und das geschieht stets diskretisiert. Analoge Rechner gibt es ja nicht mehr.
Darueber koennte man aber auch mal nachdenken. Ein hochintegrierter digital programmierbarer Analogrechnerbaustein.
Absolute Genauigkeit laesst sich bei nichtlinearen Systemen soundso nicht erreichen.
Und Rechenzeit waere kein Problem mehr.
Nur wie erzeuge ich da eine Matrix ?

[Sino]

Zitat von richy

Hast du mitverfolgt, dass die Gravitation der Gravitation von Heim im Detail doch anders behandelt wurde als von Einstein ?
http://www.relativ-kritisch.de/forum...t=272&start=60
Heim hat hier noch die E,M Felder beruecksichtigt.

Dass Heim einen Unterschied bei der Behandlung der Gravitation der Gravitation macht, wundert mich nicht, da es natürlich verzwickt ist, wie man die Auswirkungen, des Phenomen's das man zu erklären versucht, wieder als Ursache mit einrechnet.
Das EM-Feld sollte aber doch schon bei Einstein mit drin sein. Einstein macht da seit spezieller Relativitätstheorie keinen Unterschied zwischen Energie und Masse. Damit sollte er EM-Felder schon mit seinem Energie-Impulstensor mit abgedeckt haben.

Achso, was Heim betrifft, ich habe mich noch nicht weiter damit befasst. Nicht weil ich nicht will, sondern weil ich erstmal "gut genug" werden muss, um solche Theorien mathematisch nachvollziehen zu können. Das ist mir alles noch zu hoch. ( Das ist bei mir bei der ART aber auch noch so. Ich glaub, ich würde sagen, mein Zugang dazu ist bisher eher "qualitativ", zumindest wenn "quantitiv" heissen würde: "Ich kann die Herleitung mathematisch nachvollziehen und mit dem Ding rechnen." )

Was diese Simulation hier betrifft, das hat ja alles mit Gravitation noch nichts zu tun. Da geht es um das Standardmodell der Physik. Das spielt Quantenphysik und spezielle Relativitätstheorie eine Rolle. Die sind aber schon lange vereint. ( Die Dirac-Theorie des Elektrons war doch schon relativistisch, und das ist lange her. )
Von daher seh ich da noch keinen Bezug zu Heim. Wenn man etwas auf dem Rechner simuliert, muss man quantisieren. Das ist ganz normale Numerik und wenn man die Gleichungen kennt, kann man auch schauen, wie sich Quantisierungsfehler auswirken. Ich meine, auf einer CD sind ja auch Zeitachse und den Wertebereich des Musiksignals quantisiert und es funktioniert im Rahmen gewisser Fehlergrenzen.
Ich denk mal, in der Simulation haben die einfach einen Kompromiss zwischen Rechengenauigkeit und Rechendauer gemacht und sich damit dann auf die Gitterabstände bzw. soundsoviel Millionen Zellen festgelegt.