От ядра Солнца до Большого взрыва: астрофизики изучают квантовое поле

В Массачусетском Технологическом Университете специалисты открывают тайны кварков, глюонов и их взаимодействий на субатомном уровне. У ученых много вопросов о

В Массачусетском Технологическом Университете специалисты открывают тайны кварков, глюонов и их взаимодействий на субатомном уровне. У ученых много вопросов о взаимодействии протонов с Солнцем, нейтрино с элементами образования сверхновой, атомных ядер с протонами и нейтронами сразу после Большого взрыва. Каждый из этих процессов считается загадочным.

Чтобы составить их модели, требуется большое количество сложных вычислений, трудных алгоритмов и фантастических возможностей суперкомпьютера. Физик-теоретик Уильям Детмольд полагает, что все эти инструменты необходимы, чтобы заглянуть в квантовую сферу.

Это, в свою очередь, даст знания о ключевых свойствах Вселенной. Науке известно, что ее основная часть состоит из протонов, структуры и свойства которых детально не изучены. Но более четкий алгоритм стоит строить с теории стандартной модели физики элементарных частиц. Она описывает три из четырех фундаментальных сил физики. Ряд проводимых экспериментов привел ученых в 2011 году к подтверждению существования бозона Хиггса.

Это привлекло внимание ученых, разрабатывающих вычисления для анализа огромного объема статистики, в которую входит, к примеру, массу протона, как числовое значение с диапазоном неопределенности. Ученые рассчитывают, что экспериментальные результаты дадут новое понимание квантового поля. Пока что между стандартными моделями и полученными результатами серьезных различий нет, но выявлены интересные противоречия.

Для изучения их исследователи использовали особые алгоритмы и программную инфраструктуру для вычислений на суперкомпьютерах с различными типами блоков обработки. Новые алгоритмы могут стать ключом к продвижению вычислений для решения новых задач, расчета ядерных структур и реакций в контексте стандартной модели.

По мере удаления кварков и глюонов друг от друга сила их взаимодействия возрастает. Ученые хотят понять, что происходит в этих низкоэнергетических состояниях. И для этого они используют решеточную квантовую хромодинамику, размещающую квантовые поля кварков и глюонов на дискретной сетке точек.

Этот процесс уникален тем, что он запускает ядерные реакции, питающие Солнце. И хотя эксперименты подобного рода проводить крайне сложно, исследователи полагают, что они могут рассчитывать на новые данные и смелые решения.

Последнее


ТОП недели