kozmos.hr
Znanost

Simulacije svemira mogle bi objasniti zagonetna svojstva neutrina

objavljeno

Kolika je masa neutrina? Ovaj problem muči fizičare već desetljećima. Znamo da je sićušan, ali zbog jedne od najosnovnijih značajki ove čestice, njegova masa ne može biti jednaka  nuli.

Kao i kod većine zagonetki, rješenje moramo potražiti izvan okvira.

Fizičari sa Sveučilišta Tsukuba, Sveučilišta Kyoto i Sveučilišta u Tokiju u Japanu napravili su upravo to, koristeći revolucionarnu novu metodu za modeliranje značajnog dijela svemira kako bi djelovao kao poligon za testiranje suptilnog utjecaja neutrina na evolucija kozmosa.

Ova ideja već je testirana. Ali primjenom simulacije koja se koristi u drugim područjima fizike, istraživači koji stoje iza ovog novog modela misle da mogu poboljšati neke od nedostataka prethodne metode.

Značajke neutrina

Neutrini su teorijski dio standardnog modela fizike od 1930. godine, a potvrđeni član od njihovog eksperimentalnog otkrića sredinom 1950-ih.

Tehnički, ova čestica trebala bi biti bez mase kao što je i foton. No prije nešto više od dvadeset godina znanstvenici su utvrdili da ne samo da dolaze u različitim oblicima, već osciliraju međusobno dok se kreću.

Upravo iz tog razloga, fizičari su uvjereni da neutrini moraju imati neku vrstu mase. Da neutrini nemaju masu, kretali bi se brzinom svjetlosti u vakuumu, a da je tako, vrijeme bi za njih stalo, pa se uopće ne bi mijenjali.

Potraga za preciznom masom pomoću laboratorijskih metoda postavila je gornje granice koliko bi neutrino mogao težiti, ograničavajući ga na 1/500 000 elektrona. Dakle, sa sigurnošću se može reći da negdje između zip i 1/500 000 mase elektrona imamo točan odgovor.

Od najranijih trenutaka u vremenu, neutrini su bili dio Svemira u značajnim količinama, izbačeni iz samog uzavrelog vakuuma unutar prve sekunde Velikog praska.

Baš poput statičkog zujanja preostalog zračenja koje još uvijek vidimo kao kozmičku mikrovalnu pozadinu, neutralno nabijena pozadina ovih relikvija neutrina okružuje nas i danas.

Nema sumnje da bi mase reliktnih neutrina imale neku vrstu utjecaja na nove strukture Svemira. Kakav je to točno učinak, nije tako lako odgonetnuti.

Simulacije

U tipičnom fizičkom modelu nečega poput Sunčevog sustava, ili čak hrpe atoma, možete odabrati niz objekata, definirati njihovo ponašanje jedno prema drugome, mapirati ih u 3D prostor i pustiti računalo da izračuna što se događa tijekom vremena.

Kvantni objekti poput masivnih neutrina ne djeluju po istim pravilima kao klasične čestice. Poznato je da neutrini komuniciraju samo s gravitacijom i slabim subatomskim silama, pa je teško reći kako su različite vrste neutrina uzburkale rani Svemir.

U ovom novom modelu, istraživači su posudili jednadžbu iz fizike plazme nazvanu Vlasovljeva simulacija. Umjesto da reliktne neutrine tretiraju kao diskretne klasične objekte, jednadžbe temeljene na fizici plazme omogućile su timu da ih opiše kao da su kontinuirani medij.

Izvođenje simulacije na superračunalu u RIKEN Centru za računalne znanosti u Japanu pokazalo je da se program može koristiti u nizu razmjera, što je rezultiralo prilično točnim prikazom strukture većine vidljivog svemira.

Budući rad će biti potreban kako bi se ugađali detalji kako bi se, nadamo se, dobila preciznija brojka za masu reliktnog neutrina. Ipak, riječ je o inovaciji koja je već zaslužila priznanje u obliku plasmana finalista na nagradu ACM Gordon Bell 2021.

Njihov revolucionarni novi način modeliranja velikih struktura na ovaj način nije samo potencijalna pobjeda za fizičare koji žele naučiti točno koliko mase neutrino ima; mogao bi imati primjenu i u fizici plazme.

Kozmička čestica koja dolazi izvan naše galaksije uočena s Antarktičke istraživačke stanice

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegrm- t.me/kozmoshr

Izvori:

Mike McRae, (3. prosinca 2021.), These Record-Breaking Simulations of The Universe Aim to Solve a ‘Tiny’ Problem, ScienceAlert