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破天荒模拟解决微中子的“小”问题

2024-11-23 208


微中子质量多少?这问题已困扰物理学家几十年,虽然很小,但应该不太可能是零,或许就像脑筋急转弯,要跳脱固有思维来找答案。

筑波大学、京都大学、东京大学物理学家使用新方法试图模拟结果。技术上来说,科学家曾认为这种幽灵般粒子可能与光子一样没有质量,但20多年前,我们得知微中子有三种形式或说“味道”,并在移动过程会一直在这三种间相互转换。正因为如此,科学家坚信微中子一定也有质量,若微中子没有质量,会在真空以光速运动,时间对它们来说毫无意义,意即根本不会转换形式才对。

在典型的物理模型,可将假设性物体如假想太阳系或一堆原子输入电脑三度空间模拟,透过时间推移观察最后会发生什么。这种多体问题可用大尺度模拟达成,但次原子粒子相较经典粒子可能不会遵循相同规则,所以新模拟的研究人员从电浆物理学借鉴弗拉索夫模拟(Vlasov simulation)概念,而不是把微中子视为离散的经典物体,这概念是将其视为连续介质。

配合日本理化研究所计算科学中心的超级电脑模拟,将400兆网格及3,300亿天体计算统合后,似乎准确重现宇宙微中子的复杂动力学,也同时为微中子的质量设定上限,即单电子的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,未来工作需要调整细节,希望微中子质量测量更精确,且此创新法入围2021年ACM戈登贝尔奖。此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,同时也能应用电浆物理学。研究发表于电脑资讯科技全文数据库(ACM digital library)。

  • These Record-Breaking Simulations of The Universe Aim to Solve a ‘Tiny’ Problem

(本文由 台北天文馆 授权转载;首图来源:筑波大学)

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2021-12-14 17:00:00

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