Szuperszámítógépek fejthetik meg az anyag kialakulásának titkait

A kutatók olyan kérdésekre keresik a választ, minthogy hogyan jött létre az anyag a világegyetem hajnalán, és hogy miért anyagból ‒ és nem antianyagból ‒ állnak az általunk megfigyelt dolgok 

Szuperszámítógépek fejthetik meg az anyag kialakulásának titkait

Egy nemzetközi tudóscsoport alapvető fontosságú megfigyelést végzett a kaon nevű szubatomi részecske bomlási folyamatáról, amelynek pontos megismerése az univerzum keletkezésével kapcsolatos lényeges kérdések megválaszolásához is vezethet. A kutatás részleteiről a Physical Review Letters oldalain megjelent tanulmány számol be.

A kutatók egy 1964-ben Nobel-díjat érdemlő kísérlet bővített változatát végezték el a világ leggyorsabb szuperszámítógépeinek bevonásával. A kaon bomlásának vizsgálata bepillantást jelent a fizika alapvető problémáiba. A most elvégzett számítások közelebb hozzák a választ az olyan kérdésekre, minthogy hogyan jött létre az anyag a világegyetem hajnalán, és hogy miért anyagból ‒ és nem antianyagból ‒ állnak az általunk megfigyelt dolgok, mondja Thomas Blum, a tanulmány egyik szerzője.

Az antianyag olyan részecskékből áll, melyek a normál, bennünket körülvevő anyagot alkotó párjaiktól csak a töltésük előjelében és mágneses tulajdonságaikban különböznek, tömegük azonban megegyezik. Létezésüket Paul Dirac jósolta meg 1929-ben, mivel elméleti számításai során rájött, hogy ahhoz, hogy egyenletei a laborokban mért adatoknak megfelelő eredményeket adjanak egy sor olyan szubatomi részecskének kell léteznie, amelyek eddig senki sem észlelt. Ezek a részecskék mindenben megegyeznek az ismertekkel, csak éppen ellentétes töltésűek. Az elektron antipárjának létezését mindössze négy évvel később, 1933-ban igazolták is, amikor Carl Anderson a kozmikus sugárzásban kimutatta a pozitron jelenlétét.

Dirac rámutatott tehát arra, hogy a minket körülvevő anyag csak a lehetséges anyagfajták felét képviseli. Felvetette annak lehetőségét is, hogy a világegyetem bizonyos térségeiben akár egész galaxisok is létezhetnek, amelyek antianyagból állnak. Mai ismereteink szerint a világegyetem túlnyomó része anyagból áll, némi antianyag keletkezhet például nagyenergiájú részecskék ütközése során, de mennyisége alapvetően elenyésző az anyagéhoz képest. Kérdés, hogy miért van ez így? A fizikusok három lehetséges okot jelöltek meg az antianyag hiányára. Szerintük elképzelhető, hogy az ősrobbanás során egyáltalán nem jött létre antianyag, hanem csak a későbbiek során keletkezett kisebb mennyiségekben (ez kevéssé valószínű). Egy másik két lehetséges magyarázat alapvetése, hogy egyenlő mennyiségű anyag és antianyag keletkezett a Nagy Bumm idején, és az antianyaggal vagy valami történt a későbbiekben, és ezért nem észleljük, vagy pedig a világegyetem olyan távoli zugaiban „raktározódik”, ahol nem vagyunk képesek megfigyelni.

A nemrégiben megjelent tanulmány annak a kísérletnek a kibővített megismétlése, amely elsőként igazolta a CP-sértést gyenge kölcsönhatásra. A CP-szimmetria a részecskefizikában annyit jelent, hogy ha egy folyamatban résztvevő részecskéket antipárjaikra cserélünk (C-transzformáció) és térbeli jellemzőiket is tükrözzük (P-transzformáció), akkor a folyamat ugyanolyan valószínűséggel következik be, mint az eredeti részecskékkel történt volna. Ennek a szimmetriának a sérülését James Cronin és Val Fitch igazolta 1964-ben a semleges kaonok bomlásának vizsgálata során. Ezt a kísérletet ismételték meg tehát Blumék, akik szuperszámítógépes támogatással követték a kaon bomlását két pionra, minden eddiginél pontosabb méréseket végezve közben.

A számítások elvégzéséhez 54 millió processzorórányi munkára volt szükség az IBM Blue Gene/P szuperszámítógépén az Argonne Nemzeti Laboratóriumban. A kiegészítő számításokat a brookhaveni laborban található QCDOC, a Fermilab, a Southamptoni Egyetem, valamint a DIRAC számítógépei végezték. A tanulmány egyik szerzője, Peter Boyle elmondta, hogy a kérdéses laborok hamarosan már az IBM legújabb szuperszámítógépével, a Blue Gene/Q-val lesznek felszerelve, amely az előd teljesítményének 10‒20-szorosára lesz képes, így a fizikusok még precízebben követhetik nyomon a kaon bomlási folyamatát, talán választ találva az antianyag hiányát övező rejtélyre.

 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward