破天荒的模拟解决了微中子的「小」问题

微中子的质量是多少? 这个问题已经困扰了物理学家几十年,虽然它很小,但应该也不太可能是零,或许就像脑筋急转弯一样,要跳脱出固有的思维模式来寻找答案。

Simulation of large scale structures of the Universe (University of Tsukuba)

Simulation of large scale structures of the Universe (University of Tsukuba) 

筑波大学、京都大学、东京大学的物理学家们使用一个新方法试图模拟其结果。 从技术上来说,科学家曾经认为这种幽灵般的粒子可能与光子一样没有质量,但在20多年前,我们得知了微中子有三种不同的形式或者说「味道」,并且在移动的过程中会一直在这三种之间相互转换。 正因为如此,科学家们坚信微中子一定也有质量,若微中子没有质量,它们会在真空中以光速运动,时间对它们来说毫无意义,意即根本不会在形式上转换才对。

在一个典型的物理模型中,你可以将假设性的物体,譬如假想太阳系或是一堆原子输入进电脑的三度空间模拟,透过时间的推移去观察最后会发生什么。 这种多体问题可以用大尺度模拟来达成,但次原子粒子相较于经典粒子可能不会遵循相同的规则,所以在这个新模拟中,研究人员从电浆物理学中借鉴了一个叫做弗拉索夫模拟(Vlasov simulation)的概念,而不是把微中子视为离散的经典物体,这个概念是将其视为连续的介质。

配合日本理化研究所计算科学中心的超级计算机模拟,它们将400兆个网格及3300亿个天体的计算统合后,似乎准确地重现了宇宙微中子的复杂动力学,也同时为微中子的质量设定了上限,即单个电子的50万分之一。 论文第一作者,东京大学的物理学家吉川浩司表示,未来的工作将需要调整细节,希望能将微中子的质量测量的更加精确,而且此一创新方法已经获得入围2021年ACM戈登贝尔奖,以此法模拟大尺度结构的革命性新方法,不仅是物理学家渴望精确了解微中子的质量而已,

同时也能应用于电浆物理学,该研究发表于电脑信息科技全文数据库(ACM digital library)。 (编译/许晋翊)

数据来源:Science Alert

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