Największy eksperyment obliczeniowy w dziedzinie cząstek elementarnych

Trwający ponad rok eksperyment obliczeniowy w dziedzinie cząstek elementarnych wykorzystywał superrównoległy komputer (Massively Parallel Computer - MPP) IBM GF-11. Wyniki eksperymentu potwierdziły prawdziwość teorii chromodynamiki kwantowej, zajmującej się właściwościami i zachowaniem najbardziej elementarnych cząstek materii - kwarków.

Trwający ponad rok eksperyment obliczeniowy w dziedzinie cząstek elementarnych wykorzystywał superrównoległy komputer (Massively Parallel Computer - MPP) IBM GF-11. Wyniki eksperymentu potwierdziły prawdziwość teorii chromodynamiki kwantowej, zajmującej się właściwościami i zachowaniem najbardziej elementarnych cząstek materii - kwarków.

Obliczenia były tak ogromne (ponad 10 do potęgi 17 działań arytmetycznych), że zajęły ponad rok pracy 480 procesorów superrównoległego komputera GF-11 (mającego 566 procesorów).

W wyniku otrzymano numeryczne wartości mas ośmiu cząstek elementarnych, przewidziane przez chromodynamikę kwantową. Jak twierdzą naukowcy z IBM, obliczone wartości są zgodne z powszechnie przyjmowanymi, otrzymanymi przez innych badaczy w eksperymentach laboratoryjnych.

Pracę wykonał badacz IBM Don Weingarten, współpracujący z Frankiem Butlerem, Hong Chenem, Jimem Sextonem i Alessandro Vaccarino z ośrodka badawczego Thomasa J. Watsona. Techniczny opis pracy, pokazującej w sposób dużo bardziej ilościowy niż jakakolwiek inna praca, że teoria chromodynamiki kwantowej jest prawdziwa, zamieszczono w Physical Review Letters z dnia 10 maja br. D. Weingarten uważa, że główny aspekt pracy polega na tym, iż może ona uzasadnić potrzebę eksperymentów komputerowych jako nowej dziedziny fizyki: "eksperymentalnej fizyki teoretycznej", różnej zarówno od teoretycznej jak i od fizyki doświadczalnej.

D. Weingarten i koledzy obliczyli masy protonu i siedmiu innych cząstek zwanych hadronami. Hadrony wykazują silne oddziaływania jądrowe, utrzymujące nukleony w całości. Chromodynamika kwantowa powstała we wczesnych latach 70. Opisuje ona sposób powstawania hadronów z dwóch lub trzech kwarków i antykwarków.

Chromodynamika kwantowa jest w pewnym sensie analogiczna do teorii elektrodynamiki kwantowej, posługującej się pojęciem pola elektromagnetycznego i kwantu energii (fotonu), emitowanego lub pochłanianego podczas oddziaływań cząsteczkowych. W chromodynamice kwantowej występuje pojęcie pola zwanego kolorem (stąd nazwa teorii), tworzonego przez kwarki. Oddziaływania między kwarkami powodują powstawanie lub pochłanianie kwantów koloru, zwanych gluonami.

Praca ma charakter pionierski w dziedzinie techniki obliczeniowej cząstek elementarnych: jest to pierwsze kompletne obliczenie masy hadronów na podstawie teorii chromodynamiki kwantowej. Poprzednie obliczenia były niekompletne albo traktowane jako test samej metody. D. Weingarten stwierdza, że udało się uzyskać z teorii liczby zgodne z fizyczną rzeczywistością.


TOP 200