Gigantyczna symulacja i mała cząstka. Tak naukowcy zgłębiają tajemnice dotyczące neutrin

Przedstawiciele trzech japońskich uniwersytetów wykorzystali symulację, dzięki której chcieliby odtworzyć rolę neutrin w powstaniu i ewolucji wszechświata.

Neutrina są cząstkami elementarnymi i mogą być emitowane na przykład przez Słońce. Jeśli chodzi o poświęcone im badania, to naukowcy nadal nie uporali się z podstawowym problemem: określeniem masy neutrin. Bo choć wiadomo, że musi ona być niezwykle niska, to jednocześnie nie może być zerowa. Gdyby neutrina nie miały masy, poruszałyby się z prędkością światła w próżni. To z kolei powodowałoby, że w ogóle by się nie zmieniały.

Czytaj też: Najdokładniejsza symulacja Wszechświata w historii. Zawiera 60 bilionów cząsteczek

Co jeszcze wiemy na ich temat? Neutrina wchodziły w skład wszechświata od pierwszych chwil jego istnienia. Powstały w stosunkowo dużych ilościach i były obecne tuż po Wielkim Wybuchu. Podobnie jak pozostałości promieniowania elektromagnetycznego (zwane mikrofalowym promieniowaniem tła) tak i neutrinowe promieniowanie tła stanowi pamiątkę po pierwszych etapach ewolucji wszechświata.

Jak podkreślają autorzy nowych badań, wyniki symulacji są podatne na losowe fluktuacje zwane szumem śrutowym. Poza tym, takie oparte na cząsteczkach metody nie pozwalają na dokładne odtworzenie tzw. tłumienia bezkolizyjnego, czyli procesu, w którym szybko poruszające się neutrina tłumią wzrost struktur we wszechświecie.

Jedną z największych niewiadomych dotyczących neutrin jest ich masa

Chcąc lepiej poznać naturę tych cząstek, japońscy badacze przeprowadzili symulacje z wykorzystaniem superkomputera wchodzącego w skład RIKEN Center for Computational Sciences. Dzięki temu potwierdziło się, że może on być używany do modelowania w różnych skalach. Tym razem udało się z zadowalającą dokładnością odwzorować struktury wchodzące w skład większości obserwowalnego wszechświata. Badacze śledzili dynamikę masywnych neutrin poprzez bezpośrednie rozwiązanie równania w fizyce plazmy zwanego równaniem Własowa. Rozwiązali to równanie w pełnej sześciowymiarowej przestrzeni fazowej. Następnie połączyli te symulacje z symulacjami zimnej ciemnej materii, czyli przypuszczalnie głównego składnika materii we wszechświecie.

Czytaj też: Pierwsza taka detekcja w historii CERN. Nikt nie spodziewał się wykryć neutrin w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Reklama

Takie podejście do modelowania dużych struktur mogłoby przynieść rewolucję nie tylko w zakresie poszukiwania odpowiedzi na pytanie o masę neutrin. Zadowalający okazał się między innymi czas potrzebny do przeprowadzenia opisanych symulacji, który był znacznie krótszy niż w przypadku innych dużych symulacji. Poza tym, w przyszłości w grę wchodzi również ogromny postęp obejmujący inne dziedziny, takie jak fizyka plazmy.