Физики определили массу гипотетической квантовой частицы аксиона
Уже около 40 лет физики пытаются доказать существование частицы под названием «аксион». Считается, что она возникла почти сразу после Большого взрыва и впоследствии сформировала загадочную темную материю, которой пронизана вся Вселенная. Существование аксиона было теоретически предсказано еще в 1978 году.
С тех пор аксион пытаются «поймать» в детекторах по всему миру. Однако пока сделать это не удалось. Главная проблема заключается в том, что совершенно непонятна масса аксиона. Если бы масса частицы была известна более-менее точно, физики-экспериментаторы знали бы, где его искать. Пока же им приходится настраиваться на миллионы частотных каналов, чтобы попытаться найти нужный. Так что определение массы аксиона сильно ускорит его поиск. Если он, конечно, существует.
Для решения задачи ученые из Калифорнийского университета в Беркли (США) использовали рекордные компьютерные мощности. В моделировании было задействовано 69 632 ядра процессора суперкомпьютера Cori с почти 100 терабайтами оперативной памяти. Это сделало модель одним из крупнейших на сегодняшний день симуляторов темной материи. Выяснилось, что физики до этого искали не там. Аксион, согласно компьютерной модели, должен быть вдвое тяжелее, чем считалось раньше: от 40 до 180 микроэлектрон-вольт (мкэВ). Это примерно 10-миллиардная часть массы электрона.
Научная статья опубликована в журнале Nature Communication, кратко об исследовании сообщает EurekAlert!.
«Наша работа дает наиболее точную на сегодняшний день оценку массы аксиона и указывает на определенный диапазон масс, который в настоящее время не исследуется в лаборатории», — сказал Бенджамин Сафди, доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли.
Массу гипотетической частицы удалось уточнить благодаря новому методу компьютерного моделирования. До этого создать настолько подробную компьютерную модель Вселенной сразу после Большого взрыва не удавалось, потому что просто не хватало мощностей. В новом эксперименте ученые сделали специальную сетку, которая моделировала не интересующие исследователей участки юной Вселенной не очень подробно. Это позволило направить вычислительные мощности на те структуры, которые изучались прицельно. Метод помог увидеть в тысячу раз больше деталей именно вокруг областей, где генерируются аксионы.
«Мы ищем массу аксиона как более тонким способом, так и задействуя как можно больше вычислительной мощности. Мы никогда не сможем смоделировать всю нашу Вселенную полностью, потому что она слишком велика. Но пока нам это и не нужно. Мы хотим сделать еще большие симуляции с еще более высоким разрешением, что позволит нам уменьшить полосы ошибок, надеюсь, до 10%, чтобы мы могли сказать точное число, например 65 плюс-минус 2 мкэВ. Это действительно меняет ситуацию в экспериментальном плане, потому что тогда будет легче обнаружить аксион в таком узком диапазоне масс. Так что мы вышли за пределы только физики и фактически сделали это задачей компьютерной науки», — сказал Сафди.
