סימולציות שוברות שיאים אלו של היקום שואפות לפתור בעיה 'קטנטנה'

סימולציה של מבנים בקנה מידה גדול של היקום (אוניברסיטת צוקובה)

מה המסה של א נייטרינו ? בעיה זו מטרידה את הפיזיקאים במשך עשרות שנים. זה זעיר, ללא ספק, אבל בזכות אחת התכונות הבסיסיות ביותר של החלקיק, זה לא יכול להיות אפס. זה עדיין משאיר הרבה מקום לניחושים.

כמו רוב החידות, הפתרון עשוי להימצא על ידי חשיבה מחוץ לקופסה.

פיזיקאים מאוניברסיטת צוקובה, אוניברסיטת קיוטו ואוניברסיטת טוקיו ביפן לקחו את העצה הזו לתשומת ליבם, תוך שימוש בשיטה חדשה ומהפכנית למודלים של נתח משמעותי מהיקום כדי לשמש כר ניסוי להשפעה העדינה של ניטרינו על התפתחות הקוסמוס.



זה רעיון שכןנבדק בעבר. אבל על ידי יישום סימולציה המשמשת בתחומים אחרים בפיזיקה, החוקרים שמאחורי המודל החדש הזה חושבים שהם יכולים לתקן כמה מהחסרונות של השיטה הקודמת.

ניטרינו היו חלק תיאורטי של דגם סטנדרטי של פיזיקה מאז 1930, וחבר מאושר מאז גילוי הניסוי שלהם באמצע שנות ה-50.

מבחינה טכנית, חלקיק דמוי רוח רפאים זה צריך להיות חסר מסה כמו פוטון. אבל לפני קצת יותר מעשרים שנה מדענים גילו שלא רק שהם מגיעים במגוון צורות, או 'טעמים', הם מתנודדים ביניהם תוך כדי תנועה.

מסיבה זו בדיוק, פיזיקאים בטוחים שיש לניטרינו כמה סוג של מסה. גם אם זה שפם מכלום. אם לנייטרינים לא הייתה מסה, הם היו נעים במהירות האור בוואקום, ואם זה היה המצב, הזמן היה עומד מלכת עבורם, כך שהם לא היו משתנים כלל.

מחפש מסה מדויקתבאמצעות שיטות מעבדההציבו גבולות עליונים למידת שמנמן של נייטרינו בפוטנציה, והגבילו אותו ל-1/500,000 מאלקטרון בודד. אז זה בטוח לומר שאיפשהו בין zip ל-1/500,000 ממסת האלקטרון, יש לנו את התשובה שלנו.

השיטה החדשה הזו עשויה לקרב אותנו קצת יותר למספר הזה, אם כי יש להודות, שחזור רוב היקום כדי לשקול משהו שבקושי קיים אינו חף מאירוניה.

למרבה המזל, מה שחסר לנייטרינו הצנוע בפאנץ' הוא מפצה במספרים עצומים.

מהרגעים המוקדמים ביותר בזמן, הנייטרינים היו חלק מהיקום בכמויות משמעותיות, שנגרמו מהוואקום המתגלגל עצמו בתוך השניה הראשונה של ה המפץ הגדול .

בדיוק כמו המהום הסטטי של שאריות קרינה שאנו עדיין רואים כ- רקע מיקרוגל קוסמי , מטען ניטרלי רקע של שרידי נייטרינו אלה מקיפים אותנו עד היום.

אין ספק שלהמוני ניטרינו שריד הייתה השפעה כלשהי על המבנים המתעוררים של היקום. איזה סוג של אפקט לא כל כך קל להבין.

במודל פיזיקה טיפוסי של משהו כמו מערכת שמש, או אפילו חבורה של אטומים, אתה יכול לבחור מספר עצמים, להגדיר את התנהגויותיהם אחד ביחס לשני, למפות אותם במרחב התלת-ממדי ולתת למחשב לחשב מה קורה במהלך זְמַן.

רוצים עוד חפצים? קבל מחשב מהיר יותר והוסף אותם.

סימולציות מסוג 'N-body' יכולות לעבוד היטב עבור סימולציות בקנה מידה גדול. אבל יש להם גבולות, במיוחד כשהם מתחככים בפיזיקה בעלת אופי קוונטי יותר.

עצמים קוונטיים כמו ניטרינו מסיביים אינם פועלים לפי אותם כללים כמו חלקיקים קלאסיים. נוטרינו ידועים רק באינטראקציה עם כוח הכבידה וכוחות תת-אטומיים חלשים, כך שקשה לומר כיצד סוגים שונים של ניטרינו עוררו את היקום המוקדם.

במודל חדש זה, החוקרים שאלו משוואה מפיזיקה של פלזמה שנקראת הדמיית ולאסוב. במקום להתייחס לנייטרינו שריד כאובייקטים קלאסיים נפרדים, המשוואות המבוססות על פלזמה אפשרו לצוות לתאר אותם כאילו היו מדיום רציף.

הפעלת הסימולציה על מחשב על ב מרכז RIKEN למדעי החישוב ביפן הוכיחו שניתן להשתמש בתוכנית במגוון קנה מידה, וכתוצאה מכך ייצוגים מדויקים למדי של המבנה של רוב היקום הנצפה.

'הסימולציה הגדולה ביותר שלנו משלבת באופן עקבי את הדמיית ולאסוב על 400 טריליון רשתות עם 330 מיליארד חישובי גוף, והיא משחזרת במדויק את הדינמיקה המורכבת של הנייטרינים הקוסמיים,' אומר המחבר הראשי של המחקר, הפיזיקאי קוג'י יושיקאווה מאוניברסיטת טוקיו.

תידרש עבודה עתידית כדי לצבוט את הפרטים כדי לקוות להתקרב לנתון מדויק יותר של מסת הנייטרינו. עם זאת, מדובר בחידוש שכבר זיכה את הקבוצה בהכרה בדמות מקומה של פיינליסט ב-2021 פרס ACM גורדון בל .

הדרך החדשה והמהפכנית שלהם לעצב מבנים בקנה מידה גדול בדרך זו אינה רק ניצחון פוטנציאלי עבור פיזיקאים הלהוטים ללמוד בדיוק כמה מסה מצווה נייטרינו; יכול להיות לו יישומים גם בפיזיקה של פלזמה.

מחקר זה פורסם ב SC '21: הליכים של הכנס הבינלאומי למחשוב, רשתות, אחסון וניתוח ביצועים גבוהים .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.