Най-бързият суперкомпютър в света разгада десетгодишната магнитна мистерия на калций-48
Калций-48, неповторим атом, който постоянно се употребява в научните проучвания, има извънредно постоянна конструкция. Тази непоклатимост го прави съвършен претендент за проучване на силите, които свързват атомните частици или пък ги разделят.
Ядрените физици от Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL) реализираха забележителен пробив, като използваха най-мощния суперкомпютър в света – Frontier.
Те се приближиха до разрешаването на дългогодишно различие в региона на нуклеарната физика. Изследванията им са ориентирани към разшифроване на магнитните свойства на атомното ядро на калций-48.
„ Ядрото на калций-48 е във възбудено положение, което бързо се разпада, защото има мощни магнитни взаимоотношения и една от най-високите стойности на силата на прехода “, споделя Гаут Хаген, физик-изчислител в ORNL.
Резултатите от проучването имат за цел да подобрят разбирането ни за магнетизма в ядрата и да разрешат траялия десетилетие спор сред опити, които дадоха спорни резултати за магнитното държание на калций-48.
Този пробив би могъл да разкрие субатомните взаимоотношения в свръхновите – солидни звездни произшествия, които популяризират тежки детайли във Вселената.
“Ние сме доста заинтригувани от разпоредбите, които ръководят метода, по който се основават ядрата. Симулирането на фундаменталните сили вътре в калций-48 ще ни помогне да разберем по-добре по какъв начин се основава той и може би ще ни даде визия и за това какви други сходни ядра биха могли да съществуват “, добави Хаген.
Двойната магия на калций-48
Калций-48, специфичен тип атом, употребен в научните проучвания, има доста постоянна конструкция, което го прави потребен за проучване на силите, които държат атомите дружно или ги раздират.
„ Ядрото му е формирано от 20 протона и 28 неутрона – композиция, която учените назовават двойно магическа “, споделят откривателите в известие за пресата.
Магнитното държание на калций-48 обаче е обект на научно проучване от началото на 80-те години на предишния век.
Първоначалните опити, извършени благодарение на снопове от протони и електрони, демонстрираха, че магнитната мощ на прехода е 4 нуклеарни магнетона на квадрат. Тази стойност демонстрира какъв брой мощно става магнитното поле навътре в ядрото по време на характерна смяна.
През 2011 година обаче опити с потребление на гама-лъчи демонстрираха, че силата на магнитния преход е съвсем два пъти по-голяма. Това доста разминаване сътвори комплициране измежду учените по отношение на същинското магнитно държание на калций-48.
Екипът употребява хиралната доктрина на ефикасното поле, която свързва следените нуклеарни феномени с фундаменталната доктрина на мощната нуклеарна мощ – квантовата хромодинамика.
„ Несъответствията сред другите опити ни мотивираха да разберем какъв резултат ще получим, в случай че използваме тези теоретични модели за проучване на магнитния преход “, споделя съизследователят Томас Папенброк, физик от ORNL.
Преодоляване на несъответствието
За да се оправи с тази главоблъсканица, екипът на ORNL употребява суперкомпютъра Frontier – първата в света екзамащабна машина, способна да прави над един квинтилион калкулации в секунда.
„ Невероятната изчислителна мощност на системата разреши на екипа на Хаген да организира симулации със забележителна успеваемост и точност “, се акцентира в известието за пресата.
Те са употребявали и метода на обвързваните клъстери, с цел да изчислят тъкмо свойствата на ядрото на калций-48.
Резултатите от тези симулации бяха безапелационни. Те демонстрираха, че силата на магнитния преход на калций-48 съответствува с резултатите от опитите с гама-лъчите, което реши дългогодишния спор в нуклеарната физика.
Суперкомпютърът Frontier симулира магнитните реакции навътре в калций-48, изобразени с червени и сини сфери По-дълбок взор върху нуклеарната физика
Това проучване надвишава елементарното изясняване на магнитното държание на калций-48. То също по този начин разкри детайлности за резултатите на континуума, които изясняват по какъв начин ядрото взаимодейства с околната среда.
Освен това симулациите демонстрираха комплицирания танц на нуклонните двойки (протони и неутрони) в ядрото по време на магнитния преход.
Симулациите демонстрираха, че резултатите на континуума понижават силата на магнитния преход с към 10%.
„ И обратно на досегашните убеждения, че взаимоотношенията сред нуклонните двойки доста потискат или отслабват силата на магнитния преход, симулациите демонстрираха, че в някои случаи тези резултати леко усилват силата на магнитния преход “.
Въздействието на това проучване върху астрофизиката
Освен това новото проучване има значение за астрофизиката. Калций-48 се среща в обилие в ядрата на колапсиращите свръхнови, където неутриното – неуловимите субатомни частици – играе решаваща роля.
„ Физиката, която разказва силата на магнитния преход в калций-48, разказва и по какъв начин неутриното взаимодейства с материята “, споделя Биджая Ачария, водещият създател на проучването.
„ Така че, в случай че цената на магнитната мощ на прехода е по-голяма, в сравнение с се смяташе до момента, това значи, че прегряването и другите фактори, свързани с взаимоотношенията на неутриното при детонациите на свръхновите, също биха били по-големи, и тъкмо противоположното – при по-малки стойности “, изяснява Ачаря.
Разкривайки фундаменталните правила, ръководещи съставянето на ядрата, учените получават визия за процесите, които оформят Вселената – от основаването на звездите и планетите до изобилието на детайлите.
„ Някой ще трансформира тези калкулации в забавни реакционни скорости, а по-късно тези скорости на реакциите ще бъдат превърнати в астрофизични калкулации, с цел да ни оказват помощ да разберем по-добре Вселената “, заключава нуклеарният астрофизик от ORNL Рафаел Хикс.
Новата подробна симулацията на процесите в калций-48 благодарение на суперкомпютъра калций-48 се чака да окаже доста въздействие върху редица научно области – от нуклеарната физика до астрофизиката.
