Тези чупещи рекорди симулации на Вселената имат за цел да разрешат „малък“ проблем

Симулация на широкомащабни структури на Вселената (Университет на Цукуба)

Каква е масата на a неутрино ? Този проблем измъчва физиците от десетилетия. Без съмнение е мъничко, но по силата на една от най-фундаменталните характеристики на частицата не може да бъде нула. Това все още оставя много място за догадки.

Както повечето гатанки, решението може да бъде намерено чрез мислене извън кутията.

Физиците от университета в Цукуба, университета в Киото и университета в Токио в Япония взеха този съвет присърце, използвайки нов революционен метод за моделиране на значителна част от Вселената, за да действа като тестова площадка за финото влияние на неутрино върху еволюцията на космоса.

Това е идеятествано преди. Но чрез прилагане на симулация, използвана в други области на физиката, изследователите зад този нов модел смятат, че могат да изгладят някои от недостатъците на предишния метод.

Неутриното са били теоретична част от стандартен модел по физика от 1930 г. и потвърден член след експерименталното им откритие в средата на 1950 г.

Технически тази призрачна частица би трябвало да е безмасова като фотон. Но преди малко повече от двадесет години учените установиха, че те не само се предлагат в различни форми или „вкусове“, но и се колебаят между тях, докато се движат.

Точно поради тази причина физиците са уверени, че неутриното трябва да имат някои вид маса. Дори и да е мустак от нищо. Ако неутриното нямаше маса, те щяха да се движат със скоростта на светлината във вакуум и ако това беше така, времето щеше да е спряло за тях, така че те изобщо нямаше да се променят.

Търси точна масас помощта на лабораторни методиса поставили горни граници за това колко буци потенциално може да стане едно неутрино, ограничавайки го до 1/500 000 от един електрон. Така че е безопасно да се каже, че някъде между zip и 1/500 000 от масата на електрона, ние имаме нашия отговор.

Този нов метод може просто да ни доближи малко до това число, макар че трябва да се признае, че реконструирането на по-голямата част от Вселената, за да се претегли нещо, което едва съществува, не е без своята ирония.

За щастие, това, което липсва на скромното неутрино, се компенсира с големи количества.

От най-ранните моменти във времето неутриното са били част от Вселената в значителни количества, изхвърлени от самия кипящ вакуум в рамките на първата секунда от Голям взрив .

Точно като статичното бръмчене на остатъчната радиация, която все още виждаме като a космически микровълнов фон , неутрално заредена фон на тези неутрино реликви заобикалят ни и до днес.

Няма съмнение, че масите от реликтови неутрино биха имали някакъв вид влияние върху възникващите структури на Вселената. Какъв точно ефект не е толкова лесно да се разбере.

В типичен физически модел на нещо като слънчева система или дори куп атоми, можете да изберете няколко обекта, да дефинирате тяхното поведение един спрямо друг, да ги картографирате в 3D пространство и да оставите компютър да изчисли какво се случва време.

Искате още обекти? Вземете по-бърз компютър и ги добавете.

Такива симулации на „N-тяло“ могат да работят добре за широкомащабни симулации. Но те имат своите граници, особено когато се сблъскат с физика от по-квантов характер.

Квантовите обекти като масивни неутрино не играят по същите правила като класическите частици. Известно е, че неутриното взаимодействат само с гравитацията и слабите субатомни сили, така че е трудно да се каже как различните видове неутрино са раздвижили ранната Вселена.

В този нов модел изследователите са заимствали уравнение от физиката на плазмата, наречено симулация на Власов. Вместо да третират реликтовите неутрино като дискретни класически обекти, базираните на плазмата уравнения позволиха на екипа да ги опише, сякаш са непрекъсната среда.

Изпълнение на симулацията на суперкомпютър в Център за компютърни науки RIKEN в Япония демонстрира, че програмата може да се използва в редица мащаби, което води до доста точни представяния на структурата на по-голямата част от наблюдаваната Вселена.

„Нашата най-голяма симулация самосъгласувано съчетава симулацията на Власов на 400 трилиона решетки с изчисления на 330 милиарда тела и възпроизвежда точно сложната динамика на космическите неутрино,“ казва водещият автор на изследването, физикът Коджи Йошикава от Токийския университет.

Ще е необходима бъдеща работа, за да се коригират детайлите, за да се надяваме да увеличим мащаба на по-точна цифра за масата на реликтовото неутрино. И все пак това е иновация, която вече спечели признанието на отбора под формата на място на финалист през 2021 г. Награда ACM Gordon Bell .

Техният революционен нов начин за моделиране на широкомащабни структури по този начин не е само потенциална победа за физиците, нетърпеливи да научат точно каква маса има едно неутрино; може да има приложения и във физиката на плазмата.

Това изследване е публикувано в SC '21: Сборник на Международната конференция за високопроизводителни изчисления, мрежи, съхранение и анализ .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.