Aceste simulări record ale Universului urmăresc să rezolve o „mică” problemă

Simularea structurilor la scară mare ale Universului (Universitatea din Tsukuba)

Care este masa a neutrini ? Această problemă i-a supărat pe fizicieni de zeci de ani. Este mic, fără îndoială, dar în virtutea uneia dintre cele mai fundamentale caracteristici ale particulei, nu poate fi zero. Acest lucru lasă încă mult loc pentru presupuneri.

La fel ca majoritatea ghicitorilor, soluția ar putea fi găsită gândind în afara cutiei.

Fizicienii de la Universitatea din Tsukuba, Universitatea din Kyoto și Universitatea din Tokyo din Japonia au luat la inimă acest sfat, folosind o nouă metodă revoluționară de modelare a unei părți semnificative a Universului pentru a acționa ca un teren de testare pentru influența subtilă a neutrini asupra evoluţiei cosmosului.

Este o idee care estefost testat înainte. Dar, aplicând o simulare folosită în alte domenii ale fizicii, cercetătorii din spatele acestui nou model cred că pot rezolva unele dintre deficiențele metodei anterioare.

Neutrinii au fost o parte teoretică a model standard de fizică din 1930 și un membru confirmat de la descoperirea lor experimentală la mijlocul anilor 1950.

Din punct de vedere tehnic, această particulă asemănătoare fantomei ar trebui să fie la fel de lipsită de masă ca un foton. Dar cu puțin peste douăzeci de ani în urmă, oamenii de știință au descoperit că nu numai că vin într-o varietate de forme sau „arome”, dar oscilează între ele în timp ce se mișcă.

Tocmai din acest motiv, fizicienii sunt încrezători că neutrinii trebuie să aibă niste fel de masă. Chiar dacă este o mustață de la nimic. Dacă neutrinii nu ar avea masă, s-ar mișca cu viteza luminii în vid și, dacă ar fi așa, timpul ar sta pe loc pentru ei, astfel încât să nu se schimbe deloc.

Caută o masă precisăfolosind metode de laboratorau stabilit limite superioare pentru cât de gros ar putea deveni un neutrin, limitându-l la 1/500.000 dintr-un singur electron. Deci, este sigur să spunem că undeva între zip și 1/500.000 din masa unui electron, avem răspunsul nostru.

Această nouă metodă s-ar putea să ne aducă puțin mai aproape de acest număr, deși, desigur, reconstruirea majorității unui Univers pentru a cântări ceva care abia există nu este lipsită de ironie.

Din fericire, ceea ce îi lipsește umilului neutrin în putere, îl compensează în număr absolut.

Încă din primele momente, neutrinii au făcut parte din Univers în cantități semnificative, scoși din vidul agitat în sine. în prima secundă al Marea explozie .

La fel ca zumzetul static al radiațiilor rămase pe care încă îl vedem ca a fundal cosmic cu microunde , un încărcat neutru fundalul acestor relicve de neutrini ne inconjoara pana in ziua de azi.

Nu există nicio îndoială că mase de neutrini relicve ar fi avut un fel de influență asupra structurilor emergente ale Universului. Mai exact ce fel de efect nu este atât de ușor de înțeles.

Într-un model fizic tipic al unui sistem solar, sau chiar a unui grup de atomi, puteți selecta un număr de obiecte, le puteți defini comportamentele unul față de celălalt, le puteți mapa în spațiul 3D și lăsați un computer să calculeze ce se întâmplă peste. timp.

Vrei mai multe obiecte? Obțineți un computer mai rapid și adăugați-le.

Astfel de simulări „N-corp” pot funcționa bine pentru simulări la scară largă. Dar ele au limitele lor, mai ales atunci când se confruntă cu o fizică de natură mai cuantică.

Obiectele cuantice precum neutrinii masivi nu respectă aceleași reguli ca particulele clasice. Se știe că neutrinii interacționează doar cu gravitația și cu forțele subatomice slabe, așa că este greu de spus cum diferite tipuri de neutrini au stârnit Universul timpuriu.

În acest nou model, cercetătorii au împrumutat o ecuație din fizica plasmei numită simulare Vlasov. În loc să trateze neutrinii relicve ca obiecte clasice discrete, ecuațiile pe bază de plasmă au permis echipei să le descrie ca și cum ar fi un mediu continuu.

Rularea simulării pe un supercomputer la Centrul RIKEN pentru Științe Computaționale în Japonia a demonstrat că programul ar putea fi utilizat pe o serie de scări, rezultând reprezentări destul de precise ale structurii majorității Universului observabil.

„Cea mai mare simulare a noastră combină în mod consecvent simularea Vlasov pe 400 de trilioane de grile cu 330 de miliarde de calcule de corp și reproduce cu acuratețe dinamica complexă a neutrinilor cosmici”. spune autorul principal al studiului, fizicianul Koji Yoshikawa de la Universitatea din Tokyo.

Vor fi necesare lucrări viitoare pentru a ajusta detaliile pentru a mări o cifră mai precisă pentru masa neutrinului relic. Cu toate acestea, este o inovație care a câștigat deja recunoașterea echipei sub forma unui loc de finalist în 2021. Premiul ACM Gordon Bell .

Noul lor mod revoluționar de a modela structurile la scară mare în acest fel nu este doar o potențială victorie pentru fizicienii dornici să învețe exact cât de multă masă comandă un neutrin; ar putea avea aplicații și în fizica plasmei.

Această cercetare a fost publicată în SC '21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis .

Despre Noi

Publicarea Faptelor Independente, Dovedite Ale Rapoartelor Privind Sănătatea, Spațiul, Natura, Tehnologia Și Mediul.