Teadusajakirja Physical Review Letters internetiväljaandes raporteeritakse rahvusvahelise teadlaste projekti uurimustööst, milles kirjeldatakse subatomaarsete osakeste – kaaonite – lagunemisprotsessi seaduspärasusi enneolematu detailsusega. See on oluline teave, mis võib aidata vastata põhilistele küsimustele universumi alguse kohta. Projektis osales teiste seas füüsikaprofessor Thomas Blum.
Uurimustöö käigus kasutati maailma kiireimate superarvutitega läbimurde-tehnikaid selleks, et laiendada 1964. aastal Nobeli preemia võitnud eksperimenti. Peagi paigaldatavad IBM-i superarvutid võimaldavad teadlastel lagunemist arvutada veelgi suurema detailsusega. Kaaonite lagunemise uurimine võib pakkuda lahenduse nii mõnelegi füüsika põhiprobleemile, kirjutab Phys.org.
Thomas C. Blum. Pilt: Daniel Buttrey/UConn
„See arvutus viib meid lähemale vastuse leidmisel põhiküsimustele nii aine moodustumise kohta varases universumis kui ka sellele, miks kõik tänapäeval vaadeldav koosneb ainest, mitte antiainest,“ väitis Blum. Selles analoogias kirjeldab CERN antiainet järgmiselt: kujutlege mündi lehtstantsimist kuumast metall-lehest. Tulemuseks saate mündi ja augu metall-lehes. Seda auku võiks nimetada anti-mündiks. Sarnaselt, kui energia muundub aineks, tekib üks aineosake ja üks antiosake.
Kui universum sai alguse, kas selles oli rohkem aine osakesi kui antiainet? Nõnda sõnastas küsimuse teadustöö kaasautor Taku Izubuchi. Ta küsis, kas need kaks osakest olid sümmeetrilised ja kas toimis mingi teine mehhanism, mille tulemuseks oli rokem ainet.
Diagramm illustreerib suurt kaugusskaalade ulatust, mida on tarvis mõista enne kaaoni lagunemise arvutuse läbiviimist. Madalaimal tasemel asuv pilt kujutab laguosakeste jälgi. Selle kohal olev kiht annab „võtme“, näidates, kuidas kaaon (K) „murdub“ kaheks piioniks. Järgmine kiht esindab numbrilist arvutust ning ülemisel kihil on lagunemine näidatud matemaatiliselt niinimetatud Feynmani diagrammi abil. Pilt: Brookhaveni Riiklik Laboratoorium
Aine ja antiaine asümmeetria on üks füüsika lahendamata küsimustest. Tänapäeval koosneb universum peaaegu ainult ainest, kusjuures antiainet ei ole praktiliselt võimalik leida. Käesolevas uurimustöös selgitatakse detailsemalt subatomaarsete osakeste lagunemist, mida esmakordselt kirjeldati 1964. aastal Nobeli preemiaga autasustatud eksperimentaalses uurimustöös Brookhavenis. Selle eksperimendi käigus leiti esimesed tõendid sümmeetria puudumisest osakeste ja nende antiosakeste vahel, või teisisõnu aine ja antiaine vahel. Seni on teoreetikud uurinud subatomaarset osakeste lagunemist, kuid seda ilma käesoleva teadustöö lõplikkuse või täpsuseta.
Artiklis kirjeldatud lagunemine leidis aset kaaonis – see on aatomist märkimisväärselt väiksem osake. Teadlased jälgisid laguprotsessi, kui kaaon jagunes kaheks piioniks – veelgi väiksemateks osakesteks. Lagunemisprotsessi pikkuste ulatus jäi pea 18 suurusjärgu vahele. Seda vahemikku võrdlesid teadlased üksiku bakteri ja terve meie päikesesüsteemi vahelise suuruse erinevusega.
Teadlaste arvutus tähistab kaasautor Izubuchi sõnul olulist sammu edasi, kujutades endast uut tüüpi karmi proovikivi füüsika standardteooriale – see kõige põhilisem teooria kirjeldab aineosakesi ja nende vastastikku toimimist. Järgmine samm uurimustöös saab olema allesjäänud teadmata suuruse määramine, mõistmaks aine ja antiaine erinevust kaaoni lagunemisel. See viimane suurus kas kinnitab käesolevat teooriat või – kui nad on Blumi sõnul õnnega koos –viitab uuele arusaamale füüsikast.
Lisaks Blumile olid teadustöö kaasautoriteks füüsikud Brookhavenist, RIKENi BNL Uurimustöö keskusest, Columbia Ülikoolist, Max-Plancki Instituudist Saksamaal, Southamptoni Ülikoolist, Edinburghi Ülikoolist Suurbritannias ja Washingtoni Ülikoolist.
Uurimustöös läbi viidud arvutus vajas 54 miljonit töötlustundi IBM-i BlueGene/P superarvutil Argonne Riiklikus Laboratooriumis. See vastaks 281-le päevale arvutustööle 8000 protsessori abil. Lisaks viidi osa arvutustest läbi QCDOC superarvuti abil Brookhavenis, USQCD’s Ds arvutipilve abil Fermi Riiklikus Laboratooriumis, Iridise Klasteri abil Southamptoni Ülikoolis ja DIRACi asutuses Suurbritannias.
Kaasautor Peter Boyle sõnul paigaldatakse üle maailma uut põlvkonda arvuteid – IBM BlueGene/Q masinaid, millel saab olema 10- kuni 20-kordselt parendatud sooritusvõime, võrreldes hetkel kasutatavate masinatega, ning need võimaldavad füüsikutel saada kaaoni lagunemisest veelgi detailsema ja täpsema versiooni.
Lisainfo aintiaine kohta: http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/index.html
Leave a Reply