Disse rekordslående simulationer af universet har til formål at løse et 'lille' problem

Simulering af universets strukturer i stor skala (Universitetet i Tsukuba)

Hvad er massen af ​​en neutrino ? Dette problem har irriteret fysikere i årtier. Den er uden tvivl lille, men i kraft af en af ​​partiklens mest fundamentale egenskaber kan den ikke være nul. Dette giver stadig masser af plads til at gætte.

Som de fleste gåder kan løsningen måske findes ved at tænke ud af boksen.

Fysikere fra University of Tsukuba, Kyoto University og University of Tokyo i Japan har taget dette råd til sig ved at bruge en revolutionær ny metode til at modellere en betydelig del af universet til at fungere som en prøveplads for den subtile indflydelse af neutrinoer om udviklingen af ​​kosmos.



Det er en idéværet testet før. Men ved at anvende en simulering, der er brugt inden for andre områder af fysikken, tror forskerne bag denne nye model, at de kan afhjælpe nogle af den tidligere metodes mangler.

Neutrinoer har været en teoretisk del af standard model af fysik siden 1930, og et bekræftet medlem siden deres eksperimentelle opdagelse i midten af ​​1950'erne.

Teknisk set burde denne spøgelseslignende partikel være lige så masseløs som en foton. Men for lidt over tyve år siden fandt forskerne ud af, at de ikke kun kommer i en række forskellige former, eller 'smag', de svinger mellem dem, mens de bevæger sig.

Af netop denne grund er fysikere overbeviste om, at neutrinoer skal have nogle slags masse. Også selvom det er et knurhår af ingenting. Hvis neutrinoer ikke havde masse, ville de bevæge sig med lysets hastighed i et vakuum, og hvis det var tilfældet, ville tiden stå stille for dem, så de ville slet ikke ændre sig.

Søger efter en præcis masseved hjælp af laboratoriemetoderhar sat øvre grænser for, hvor tyk en neutrino potentielt kan blive, ved at begrænse den til 1/500.000 af en enkelt elektron. Så det er sikkert at sige, at et sted mellem zip og 1/500.000 af en elektrons masse, har vi vores svar.

Denne nye metode kan måske bare bringe os lidt tættere på det tal, men indrømmet, at rekonstruere det meste af et univers for at veje noget, der knap nok eksisterer, er ikke uden ironi.

Heldigvis, hvad den ydmyge neutrino mangler i punch, kompenserer den for i rene tal.

Fra de allertidligste tidspunkter har neutrinoer været en del af universet i betydelige mængder, kværnet ud af selve det bølgende vakuum inden for det første sekund af Stort brag .

Ligesom den statiske summen af ​​resterende stråling ser vi stadig som en kosmisk mikrobølge baggrund , en neutralt ladet baggrunden for disse neutrino-relikvier omgiver os den dag i dag.

Der er næppe tvivl om, at masser af relikvie-neutrinoer ville have haft en form for indflydelse på universets nye strukturer. Præcis hvilken slags effekt er ikke så let at finde ud af.

I en typisk fysikmodel af noget som et solsystem, eller endda en flok atomer, kan du vælge et antal objekter, definere deres adfærd i forhold til hinanden, kortlægge dem i 3D-rum og lade en computer beregne, hvad der sker over tid.

Vil du have flere genstande? Få en hurtigere computer og tilføj dem.

Sådanne 'N-body'-simuleringer kan fungere godt til simuleringer i stor skala. Men de har deres grænser, især når de gnides op mod fysik af en mere kvanteart.

Kvanteobjekter som massive neutrinoer spiller ikke efter de samme regler som klassiske partikler. Neutrinoer er kun kendt for at interagere med tyngdekraften og svage subatomare kræfter, så det er svært at sige, hvordan forskellige typer neutrinoer ophidsede det tidlige univers.

I denne nye model lånte forskerne en ligning fra plasmafysikken kaldet en Vlasov-simulering. I stedet for at behandle relikvietrinoer som diskrete klassiske objekter, tillod de plasmabaserede ligninger holdet at beskrive dem, som om de var et kontinuerligt medium.

Kørsel af simuleringen på en supercomputer kl RIKEN Center for Computational Sciences i Japan viste, at programmet kunne bruges på en række skalaer, hvilket resulterede i ret nøjagtige repræsentationer af strukturen af ​​det meste af det observerbare univers.

'Vores største simulering kombinerer selvkonsekvent Vlasov-simuleringen på 400 billioner gitter med 330 milliarder kropsberegninger, og den gengiver nøjagtigt den komplekse dynamik af kosmiske neutrinoer,' siger hovedforfatter af undersøgelsen, fysiker Koji Yoshikawa fra University of Tokyo.

Fremtidigt arbejde vil være nødvendigt for at justere detaljerne for forhåbentlig at zoome ind på en mere præcis figur for relikvie-neutrinoens masse. Alligevel er det en innovation, der allerede har opnået holdet anerkendelse i form af en finalists plads i 2021 ACM Gordon Bell-prisen .

Deres revolutionerende nye måde at modellere store strukturer på på denne måde er heller ikke kun en potentiel gevinst for fysikere, der er ivrige efter at lære præcis, hvor meget masse en neutrino befaler; det kunne også have anvendelser inden for plasmafysik.

Denne forskning blev offentliggjort i SC '21: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis .

Populære Kategorier: Natur , Plads , Fysik , Sundhed , Samfund , Ukategoriseret , Mening , Forklarer , Mennesker , Tech ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.