Näiden ennätysten rikkovien universumin simulaatioiden tarkoituksena on ratkaista 'pieni' ongelma

Universumin suuren mittakaavan rakenteiden simulointi (Tsukuban yliopisto)

Mikä on a:n massa neutrino ? Tämä ongelma on vaivannut fyysikot vuosikymmeniä. Se on epäilemättä pieni, mutta yhden hiukkasen perusominaisuuksista johtuen se ei voi olla nolla. Tämä jättää vielä paljon tilaa arvailulle.

Kuten useimmat arvoitukset, ratkaisu voidaan löytää ajattelemalla laatikon ulkopuolella.

Fyysikot Tsukuban yliopistosta, Kioton yliopistosta ja Tokion yliopistosta Japanista ovat ottaneet tämän neuvon sydämeensä käyttämällä vallankumouksellista uutta menetelmää, jolla mallinnetaan merkittävä osa universumista toimimaan testausalustana maailmankaikkeuden hienovaraiselle vaikutukselle. neutriinot kosmoksen evoluutiosta.



Se on ajatustestattu aiemmin. Mutta soveltamalla muilla fysiikan alueilla käytettyä simulaatiota tämän uuden mallin takana olevat tutkijat uskovat voivansa korjata joitain edellisen menetelmän puutteita.

Neutriinot ovat olleet teoreettinen osa standardi malli fysiikkaa vuodesta 1930 lähtien ja vahvistettu jäsen heidän kokeellisesta löydöstään 1950-luvun puolivälissä.

Teknisesti tämän aavemaisen hiukkasen pitäisi olla yhtä massaton kuin fotoni. Mutta hieman yli kaksikymmentä vuotta sitten tiedemiehet selvittivät, että niitä ei ole vain eri muodoissa tai 'makuissa', vaan ne värähtelevät niiden välillä liikkuessaan.

Juuri tästä syystä fyysikot luottavat siihen, että neutriinoilla on oltava jonkin verran eräänlainen massa. Vaikka se on viiksi tyhjästä. Jos neutriinoilla ei olisi massaa, ne liikkuisivat valon nopeudella tyhjiössä, ja jos näin olisi, aika pysähtyisi niille, joten ne eivät muuttuisi ollenkaan.

Etsii tarkkaa massaalaboratoriomenetelmiä käyttäenovat asettaneet ylärajat sille, kuinka paksuksi neutrino voi mahdollisesti tulla, rajoittaen sen 1/500 000 yksittäisestä elektronista. Joten on turvallista sanoa, että jossain vetoketjun ja 1/500 000 elektronin massasta, meillä on vastaus.

Tämä uusi menetelmä saattaa vain tuoda meidät hieman lähemmäksi tätä lukua, vaikka tosin, suurimman osan universumista rekonstruoimalla jotain, mikä tuskin on olemassa, ei ole ilman ironiaa.

Onneksi vaatimattomalta neutrinolta puuttuu lyönti, se korvaa suuret määrät.

Varhaisimmista hetkistä lähtien neutriinot ovat olleet merkittäviä määriä osa maailmankaikkeutta, jotka on purettu ulos itse riehuvasta tyhjiöstä ensimmäisen sekunnin sisällä -lta Alkuräjähdys .

Aivan kuten jäljelle jääneen säteilyn staattinen humina, jota näemme edelleen a kosminen mikroaaltouuni tausta , neutraalisti ladattu näiden neutrinojäännösten taustalla ympäröivät meitä tähän päivään asti.

Ei ole epäilystäkään siitä, että jäännösneutriinojen massoilla olisi ollut jonkinlainen vaikutus maailmankaikkeuden nouseviin rakenteisiin. Millaista vaikutusta ei ole niin helppo selvittää.

Tyypillisessä fysiikkamallissa esimerkiksi aurinkokunnasta tai jopa atomijoukosta voit valita useita kohteita, määrittää niiden käyttäytymisen suhteessa toisiinsa, kartoittaa ne 3D-avaruudessa ja antaa tietokoneen laskea, mitä tapahtuu. aika.

Haluatko lisää esineitä? Hanki nopeampi tietokone ja lisää ne.

Tällaiset 'N-body' -simulaatiot voivat toimia hyvin laajamittaisissa simulaatioissa. Mutta niillä on rajansa, varsinkin kun niitä hierotaan kvanttiluonteisemman fysiikan kanssa.

Kvanttiobjektit, kuten massiiviset neutriinot, eivät pelaa samoilla säännöillä kuin klassiset hiukkaset. Neutriinojen tiedetään olevan vuorovaikutuksessa vain painovoiman ja heikkojen subatomisten voimien kanssa, joten on vaikea sanoa, kuinka erityyppiset neutriinot sekoittivat varhaisen maailmankaikkeuden.

Tässä uudessa mallissa tutkijat lainasivat plasmafysiikasta yhtälön, jota kutsutaan Vlasov-simulaatioksi. Sen sijaan, että neutriinoja olisi käsitelty erillisinä klassisina esineinä, plasmapohjaiset yhtälöt antoivat ryhmälle mahdollisuuden kuvata niitä ikään kuin ne olisivat jatkuvaa väliainetta.

Simuloinnin suorittaminen supertietokoneella klo Laskennallisten tieteiden keskus RIKEN Japanissa osoitti, että ohjelmaa voidaan käyttää useissa mittakaavassa, mikä johti melko tarkkoihin esityksiin suurimman osan havaittavan maailmankaikkeuden rakenteesta.

'Suurin simulaatiomme yhdistää johdonmukaisesti Vlasovin simulaation 400 biljoonalla ruudukolla 330 miljardin kehon laskelmiin, ja se toistaa tarkasti kosmisten neutriinojen monimutkaisen dynamiikan.' sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja, fyysikko Koji Yoshikawa Tokion yliopistosta.

Tulevaisuudessa tarvitaan työtä yksityiskohtien säätämiseksi, jotta toivottavasti saadaan tarkempi luku neutriinon massasta. Silti se on innovaatio, joka on jo ansainnut joukkueelle tunnustuksen finalistin paikan muodossa vuonna 2021 ACM Gordon Bell -palkinto .

Heidän vallankumouksellinen uusi tapansa mallintaa suuren mittakaavan rakenteita tällä tavalla ei myöskään ole vain mahdollinen voitto fyysikoille, jotka ovat innokkaita oppimaan tarkasti, kuinka paljon massaa neutrino hallitsee; sillä voisi olla sovelluksia myös plasmafysiikassa.

Tämä tutkimus julkaistiin vuonna SC '21: Kansainvälisen korkean suorituskyvyn tietokoneita, verkkoa, tallennusta ja analyysia käsittelevän konferenssin aineisto .

Meistä

Riippumattomien, Todistettujen Tosiasioiden Julkaiseminen Terveys-, Avaruudesta, Luonteesta, Tekniikasta Ja Ympäristöstä.