藝術(shù)家展示的兩個質(zhì)子的碰撞。質(zhì)子含有夸克和膠子。計算機計算幫助科學(xué)家了解夸克和膠子如何定義質(zhì)子和中子。
圖片由橡樹嶺國家實驗室的Andy Sproles提供。

科學(xué)

科學(xué)家使用粒子加速器將帶電粒子的速度提高到接近光速。然后他們將這些粒子粉碎，研究形成的新粒子，包括夸克。然而，由于顏色的限制，自由夸克不能被直接孤立地觀察。這種現(xiàn)象意味著某些粒子，包括夸克和膠子，不能被隔離。這使得研究這些粒子變得很困難。現(xiàn)在，一個團隊已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法來模擬夸克如何結(jié)合和相互作用，以構(gòu)成構(gòu)成原子核的較大粒子。這些模擬需要大量的計算能力。讓它們變得更簡單的一個方法是模擬比在自然界發(fā)現(xiàn)的夸克更重的夸克。由于Summit超級計算機的強大功能，該團隊模擬了比過去可能的輕得多的夸克。Summit的力量與新方法的結(jié)合創(chuàng)造了更真實的結(jié)果。

影響

該團隊的結(jié)果可以與實驗研究進行比較。這些比較有助于核科學(xué)家了解夸克如何構(gòu)成中子和質(zhì)子，即粒子物理學(xué)標準模型中原子內(nèi)的較大粒子。了解單個粒子的屬性可能有助于科學(xué)家得出結(jié)論，了解在一個叫做希格斯玻色子的重要粒子附近發(fā)生了什么。希格斯玻色子是一種與一個場有關(guān)的粒子，這個場似乎會給與它相互作用的其他基本粒子帶來質(zhì)量。

摘要

預(yù)測夸克如何與其他粒子相互作用是物理學(xué)中的一個巨大挑戰(zhàn)。一個團隊利用橡樹嶺國家實驗室的Summit超級計算機解決了這個挑戰(zhàn)的一部分。Summit是美國最快的超級計算機。該團隊需要模擬粒子在真空中和受強作用力影響時如何相互作用。他們使用真空中強力場的模擬快照來計算粒子在這個場中移動時會發(fā)生什么。由于需要大量的真空快照來獲得有意義的結(jié)果，因此計算需要借助Summit超級計算機的力量。該團隊在三個不同質(zhì)量的模擬立方體中總共拍攝了1000多張快照，網(wǎng)格范圍從空間的32,768點到262,144點。這項研究將使科學(xué)家們能夠把這些結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)喸游镔|(zhì)進行更好的預(yù)測。

聯(lián)系人

Bálint Joó

橡樹嶺國家實驗室

joob@ornl.gov

資助

這項工作得到了能源部(DOE)科學(xué)辦公室核物理項目和Jefferson Science Associates, LLC的支持。其中三位研究人員得到了能源部科學(xué)辦公室研究生研究獎學(xué)金的支持，該獎學(xué)金是通過教師和科學(xué)家勞動力發(fā)展辦公室的科學(xué)辦公室研究生研究項目提供的。計算時間由約翰-馮-諾伊曼計算研究所提供;威廉和瑪麗大學(xué)通過國家科學(xué)基金會和弗吉尼亞聯(lián)邦設(shè)備信托基金的捐款;國家能源研究科學(xué)計算中心，能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施;以及橡樹嶺領(lǐng)導(dǎo)計算設(shè)施，也是能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施。

出版物

Joó, Bálint等, 來自Ioffe時間假分布的Parton分布函數(shù)來自晶格計算。接近物理點，《物理評論快報》125, 232003(2020)。[DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.232003]