Simulácia veľkorozmerných štruktúr vesmíru (Univerzita Tsukuba) Aká je hmotnosť a neutrína ? Tento problém trápi fyzikov už desaťročia. Niet pochýb o tom, že je malý, ale kvôli jednej z najzákladnejších vlastností častice nemôže byť nula. To ešte ponecháva dostatok priestoru na dohady.
Ako väčšina hádaniek, riešenie možno nájsť mimo rámca.
Fyzici z University of Tsukuba, Kyoto University a University of Tokio v Japonsku si vzali túto radu k srdcu a použili novú revolučnú metódu na modelovanie významnej časti vesmíru, ktorá slúži ako testovacia plocha pre jemný vplyv neutrína o vývoji kozmu.
Je to myšlienka, ktorá jepredtým testované. Ale použitím simulácie používanej v iných oblastiach fyziky si vedci za týmto novým modelom myslia, že môžu odstrániť niektoré nedostatky predchádzajúcej metódy.
Neutrína boli teoretickou súčasťou štandardný model fyziky od roku 1930 a potvrdeným členom od ich experimentálneho objavu v polovici 50. rokov 20. storočia.
Technicky by táto častica podobná duchovi mala byť bez hmotnosti ako fotón. Ale pred niečo vyše dvadsiatimi rokmi vedci prišli na to, že nielenže prichádzajú v rôznych formách alebo „príchutiach“, ale pri pohybe medzi nimi oscilujú.
Práve z tohto dôvodu sú fyzici presvedčení, že neutrína musia mať niektoré druh hmoty. Aj keď je to len kúsok z ničoho. Ak by neutrína nemali hmotnosť, pohybovali by sa rýchlosťou svetla vo vákuu a ak by to tak bolo, zastavil by sa pre ne čas, takže by sa vôbec nemenili.
Hľadá presnú hmotnosťpomocou laboratórnych metódstanovili horné limity na to, ako mohutné by neutríno mohlo byť potenciálne, a obmedzili ho na 1/500 000 jedného elektrónu. Dá sa teda s istotou povedať, že niekde medzi zipsom a 1/500 000 hmotnosti elektrónu máme odpoveď.
Táto nová metóda nás môže len trochu priblížiť k tomuto číslu, aj keď je pravda, že rekonštrukcia väčšiny vesmíru na váženie niečoho, čo sotva existuje, nie je bez irónie.
Našťastie to, čo skromnému neutrínu chýba na razancii, to vynahrádza v čírych číslach.
Od najskorších okamihov v čase boli neutrína súčasťou vesmíru vo významných množstvách, ktoré boli vyvrhnuté zo samotného víriaceho vákua. v priebehu prvej sekundy z Veľký tresk .
Rovnako ako statické bzučanie zvyškov žiarenia, ktoré stále vidíme ako a kozmické mikrovlnné pozadie , neutrálne nabitý pozadie týchto neutrínových reliktov nás obklopujú dodnes.
Niet pochýb o tom, že masy reliktných neutrín by mali nejaký vplyv na vznikajúce štruktúry vesmíru. Presný druh efektu nie je také ľahké zistiť.
V typickom fyzikálnom modeli niečoho, ako je slnečná sústava alebo dokonca veľa atómov, môžete vybrať niekoľko objektov, definovať ich správanie voči sebe navzájom, zmapovať ich v 3D priestore a nechať počítač vypočítať, čo sa stane. čas.
Chcete viac predmetov? Získajte rýchlejší počítač a pridajte ich.
Takéto „N-telesové“ simulácie môžu dobre fungovať pre rozsiahle simulácie. Ale majú svoje limity, najmä keď sa opierajú o fyziku viac kvantovej povahy.
Kvantové objekty ako masívne neutrína nehrajú podľa rovnakých pravidiel ako klasické častice. Je známe, že neutrína interagujú iba s gravitáciou a slabými subatomárnymi silami, takže je ťažké povedať, ako rôzne typy neutrín rozvírili raný vesmír.
V tomto novom modeli si výskumníci požičali rovnicu z fyziky plazmy nazývanú Vlasovova simulácia. Namiesto toho, aby sa reliktné neutrína považovali za diskrétne klasické objekty, rovnice založené na plazme umožnili tímu opísať ich, akoby išlo o spojité médium.
Spustenie simulácie na superpočítači pri Centrum RIKEN pre počítačové vedy v Japonsku demonštrovali, že program možno použiť na rôznych mierkach, výsledkom čoho je pomerne presné znázornenie štruktúry väčšiny pozorovateľného vesmíru.
„Naša najväčšia simulácia konzistentne kombinuje Vlasovovu simuláciu na 400 biliónoch mriežok s 330 miliardami výpočtov telies a presne reprodukuje komplexnú dynamiku kozmických neutrín,“ hovorí hlavný autor štúdie, fyzik Koji Yoshikawa z Tokijskej univerzity.
Budúca práca bude potrebná na doladení detailov, aby sme, dúfajme, priblížili presnejší údaj o hmotnosti reliktného neutrína. Napriek tomu je to inovácia, ktorá si už vyslúžila uznanie tímu v podobe miesta finalistu v roku 2021 Cena ACM Gordona Bella .
Ich revolučný nový spôsob modelovania rozsiahlych štruktúr týmto spôsobom nie je len potenciálnou výhrou pre fyzikov túžiacich po tom, aby sa presne dozvedeli, akú veľkú hmotnosť neutríno prikazuje; mohla by mať uplatnenie aj vo fyzike plazmy.
Tento výskum bol publikovaný v r SC '21: Zborník z medzinárodnej konferencie pre vysokovýkonnú výpočtovú techniku, sieťovanie, ukladanie a analýzu .