Космические симуляции помогут найти массу нейтрино.

Группа японских ученых создала крупнейшее в истории космическое моделирование с участием крошечных «призрачных» частиц, называемых нейтрино. Чтобы исследовать одну из величайших нерешенных загадок физики, исследователи использовали до 7 миллионов процессорных ядер, чтобы решить эволюцию 330 миллиардов частиц и вычислительную сетку из 400 триллионов единиц.

Безусловно, самая важная форма материи во Вселенной – это темная материя. Мы не уверены, что это такое и из чего сделана, но мы знаем, что их много. Это около 80% всей материи. Барионная материя – вещество, из которого состоят звезды, планеты и все многообразие всей таблицы Менделеева – составляет лишь небольшую часть всего вещества во Вселенной.

Темная материя составляет основу космоса. Миллиарды лет назад во Вселенной не было структур. Вся материя, темная или нет, была распределена равномерно, а не комковатой. Просто не было большой разницы в плотности от одного места к другому. В общем, это была довольно скучная вселенная.

Но со временем вселенная стала интереснее. Были небольшие различия в плотности в результате микроскопических квантовых флуктуаций в первые несколько секунд Большого взрыва. Места с чуть большей плотностью имели немного большую гравитацию, и именно там начала накапливаться темная материя. По мере того, как эти ранние структуры обретали форму, они привлекали еще больше материала. В течение миллиардов лет этот процесс опустошил обширные области космоса, теперь известные как космические пустоты, собирая всю материю в обширную сеть скоплений, стенок и волокон.

Космическое моделирование поможет определить массу нейтрино.

Галактика с квазаром в центре.

А еще есть нейтрино, чрезвычайно крошечные частицы, которые почти не имеют массы. Фактически, они составляют менее 0,1% от общей массы Вселенной. Но эти крошечные частицы имеют огромное влияние на эволюцию структур. Они быстры и могут путешествовать почти со скоростью света. Эта невероятная скорость замедляет образование больших структур, таких как галактики и скопления.

Читайте также:  Интересные факты о растениях

В то время как темная материя хочет и дальше накапливаться под действием гравитации, нейтрино движутся слишком быстро, чтобы осесть в одном месте. И хотя нейтрино имеют очень маленькую массу, они все же имеют массу. Они могут использовать свою гравитацию, чтобы слабо влиять на поведение темной материи, тем самым предотвращая ее прилипание так сильно, как обычно.

Определение масс трех известных «ароматов» нейтрино – электронных нейтрино, мюонных нейтрино и тау-нейтрино – является серьезной нерешенной проблемой современной физики. Но по иронии судьбы мы можем измерить массы этих крошечных частиц, нанеся на карту самые большие структуры во Вселенной. Чтобы попытаться понять природу темной материи и роль нейтрино в формировании космической эволюции, космологи часто обращаются к компьютерному моделированию. Если вы немного измените массу нейтрино во время моделирования, это изменит то, как нейтрино влияют на формирование структур на миллиарды лет. Итак, измеряя те же структуры, вы можете получить представление о массе нейтрино.

Эти симуляции обычно охватывают небольшую часть реальной Вселенной и начинаются с набора «частиц» темной материи, каждая из которых представляет определенное количество темной материи, например, отдельный сгусток с массой, в миллионы раз превышающей массу Солнца затем позиционирует эти частицы, как в ранней Вселенной. Моделирование отслеживает, как эти частицы эволюционируют из-за их взаимной гравитации, давая начало гигантским структурам, которые мы видим сегодня.

Это приближенный метод, потому что истинное поведение темной материи представлено ограниченным числом частиц, но он очень хорошо работает для темной материи. Моделировать нейтрино намного сложнее из-за их скорости. За их поведением в симуляции сложно следить, потому что они могут переходить с одной стороны симуляции на другую за короткий промежуток времени. Следовательно, моделирование не может угнаться за тем, как работают нейтрино и как они влияют на темную материю.

Читайте также:  Обратная сторона Луны.

Так что, возможно, нам не стоит пытаться приблизиться к поведению нейтрино. Чтобы правильно проследить эволюцию нейтрино и объяснить их быстрое поведение, необходимо решить невероятно сложное уравнение. Однако решение этого уравнения, которое русский физик Анатолий Власов назвал уравнением Власова, требует огромных вычислительных ресурсов. Так и сделала группа японских ученых. Они использовали 7 миллионов процессоров на суперкомпьютере Fugaku для отслеживания эволюции темной материи и влияния нейтрино на формирование структуры, используя 330 миллиардов частиц для представления темной материи и вычислительную сетку из 400 триллионов компонентов для представления нейтрино в крупнейшем симуляторе его тип.

Хотя это, возможно, и не решило загадки массы нейтрино, моделирование открыло путь к пониманию этих явлений. По сути, это моделирование было доказательством концепции, что теперь мы можем включать нейтрино в моделирование более точно, чем когда-либо. Вооруженные этой новой технологией, моделирование будущего откроет окно в роль нейтрино во Вселенной и может даже выявить ключи к разгадке их массы.

Нина Кузнецова
Главный редактор , youtesla.ru
Более 30 лет я занимаюсь наукой и технологиями. Товарищи советовали мне делиться самым интересным на просторах интернета. Изучение нового и неопознанного это моя жизнь, узнавайте самое интересное со мной.
Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий