Використовуючи суперкомп’ютер Frontier, дослідники розв’язали серйозну проблему ядерної фізики: точно передбачили ядерну структуру та сили на безпрецедентному рівні деталізації. Їхні відкриття, включно з новим уявленням про зміну форми ядра 30-неону, можуть революціонізувати наукові сфери, починаючи від квантової механіки до національної безпеки.
Революція ядерних прогнозів із Frontier
Дослідники Національної лабораторії Оук-Рідж Департаменту енергетики розробили революційну техніку прогнозування ядерних властивостей з безпрецедентною деталізацією за допомогою потужного суперкомп’ютера Frontier. Їхнє дослідження показує, як структура ядра пов’язана з фундаментальними силами, які утримують його разом. Це глибше розуміння могло б сприяти прогресу в квантовій фізиці та впливати на різні сфери: від виробництва енергії до національної безпеки.
«Наші надійні прогнози привнесуть нове розуміння у вивченні ядерних сил і структури», — сказав Чжунхао Сун з Університету штату Луїзіана, колишній ORNL.
Обчислювальний прорив у ядерному моделюванні
Опубліковані в Physical Review X висновки команди покращують наше розуміння атомних ядер і поведінки їх субатомних частинок. Ядро може обертатися і існувати як в круглій, так і в деформованій, схожій на футбольний м’яч формі. Захоплення цих складних особливостей — таких як варіації форми, обертальна енергія та сильні зв’язувальні сили всередині ядра — вже давно є проблемою в обчислювальному моделюванні.
«При дуже низькій роздільній здатності ядро можна розглядати як рідку краплю, яка обертається», — сказав Гауте Хаген з ORNL. «Зі збільшенням роздільної здатності ви бачите більше деталей про внутрішню структуру, і більше дізнаєтеся про те, як субатомні частинки взаємодіють, щоб побудувати ядро».
Використання Exascale Computing для безпрецедентної деталізації
Команда досягла цього кращого розуміння після моделювання різних поведінок частинок на різних рівнях енергії, де поведінка змінюється. Кроки для об’єднання всіх факторів у точну модель стали можливими завдяки обчислювальній потужності Frontier. Завдяки ексамасштабу Frontier здатний виконувати понад квінтильйон обчислень за секунду.
Результати показали, що рідкісне ядро, відоме як 30-неон, має як круглі, так і деформовані форми, які співіснують. Виконавши мільйони обчислень, команда дізналася, як сильна ядерна сила, яка утримує субатомні частинки разом, призводить до цієї деформації. Команда розробила нові моделі ядерних властивостей на основі цих результатів, які вимагали використання Frontier для їх створення, але можуть працювати на ноутбуках для широких майбутніх досліджень.
Методи, що змінюють правила ядерної науки
«Нові методи, які ми представили, справді змінюють правила гри, дозволяючи нам точно обчислювати структуру та поведінку деформованого ядра», — сказав Сан. «Це лежить на передовій ядерних наукових досліджень».