Новое поколение суперкомпьютеров IBM посчитает всю материю во Вселенной

Что такое антиматерия? Представьте, как штампуют монету из горячего листового металла. Получается монета и отверстие — отверстие с той же долей абстракции можно было бы назвать «антимонетой». Аналогично, когда энергия превращается в вещество, возникают частицы и античастицы.

Благодаря новому поколению суперкомпьютеров удалось выработать уникально подробные диаграммы процесса распада субатомных частиц, называемых каонами.

На картинке в самом низу — треки распадающихся частиц. Выше — график распада каона на два пиона. Следующий слой — численные расчеты. В самом верху — распад в виде диаграммы Фейнмана.

Новое исследование — расширенная разработка эксперимента Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде, Нью-Йорк, отмеченного Нобелевской премией. В эксперименте по распаду каонов в 1964 г. впервые было выявлено отсутствие симметрии между частицами и античастицами, или веществом и антивеществом. С тех пор теоретики бились над прояснением ситуации, но и близко не подбирались к столь впечатляющим результатам.

Более детальное исследование стало возможно благодаря прорывным технологиям нового поколения суперкомпьютеров IBM.

Расчеты требовали 54000000 часов процессора IBM BlueGene / P, суперкомпьютера Аргоннской национальной лаборатории. Это эквивалентно 281-му дню вычислений с 8000-ми процессоров. Часть расчетов были проделана на QCDOC, суперкомпьютере в Брукхейвенской, на USQCD Ds, компьютерном кластере в Национальной лаборатории Ферми в штате Иллинойс, на Iridis Cluster в университете Саутгемптона и на DIRAC в Великобритании.

«Эти расчеты приближают нас к ответу на фундаментальные вопросы о возникновении материи в ранней Вселенной. И о том, почему из материи, а не антиматерии сделаны мы — да и все остальное, доступное в настоящий момент наблюдению», — говорит Блум.

Асимметрия вещества и антивещества — одна из нерешенных проблем физики. Вселенная сегодня состоит почти исключительно из материи, антиматерия фактически не обнаружена. А было ли и в начале Вселенной вещества больше, чем антивещества? Или они были сначала симметричны, но существовал механизм, который дал на выходе больше материи, чем антиматерии?

Ученые проследили, как каоны распадаются на два пиона, еще более мелкие частицы. Процесс описывается величинами, которые отличаются друг от друга на 18 порядков, – примерно такой же диапазон между размером бактерии и размером всей Солнечной системы.

Это серьезная проверка Стандартной теории физики, фундаментальной теории, описывающей частицы вещества и их взаимодействие. Когда следующая серия расчетов будет доведена до конца, возможно, придется создавать новую физику.

В исследовании заняты физики из Брукхейвенской Национальной Лаборатории, Научно-исследовательского центра RIKEN BNL, Колумбийского университета, Института Макса Планка в Германии, Университета Саутгемптона и Университета Эдинбурга в Великобритании, Вашингтонского университета.

scienceblog