Las partículas alfa, como también se llaman los núcleos del átomo de helio, juegan un papel decisivo en la formación de elementos más pesados. El carbono, por ejemplo, se forma a partir de la fusión de estas partículas alfa. Si se agrega otro núcleo de helio, oxígenose forma - otro requisito previo para el desarrollo de la vida en la Tierra. En el último número de la revista Naturaleza, un equipo internacional de investigadores está presentando un nuevo método utilizando supercomputadoras para crear simulaciones detalladas de estos procesos de nacimiento dentro de las estrellas. El método reduce el esfuerzo computacional requerido y, por primera vez, hace posible, utilizando la supercomputadora Jülich JUQUEEN, hacerUn cálculo completo del proceso de dispersión de dos partículas alfa.
La simulación de los procesos que conducen a la formación de elementos más pesados requiere una gran potencia informática. Incluso las supercomputadoras más rápidas del mundo solo pueden modelar la creación de elementos muy ligeros. Todos los protones y neutrones que vuelan alrededor, de los cualeslos núcleos atómicos se crean, interactúan entre sí. Además, debe tenerse en cuenta la amplia gama de estados cuánticos teóricamente posibles de cada partícula. El poder computacional requerido aumenta exponencialmente a medida que aumenta el número de partículas involucradas. Por esta razón,Las llamadas simulaciones ab-initio se han restringido hasta ahora a reacciones en las que no intervienen más de cinco partículas. Tales métodos de simulación se realizan sin parámetros adicionales determinables experimentalmente. Los hallazgos realizados se basan, por lo tanto, solo en las leyes fundamentales de la física.
Con la ayuda de un nuevo método computacional, los científicos de las Universidades de Bonn y Bochum, el centro de investigación de Jülich y dos universidades estadounidenses ahora han logrado modelar un proceso mucho más complejo. Examinaron la dispersión o desviación de dosnúcleos de helio: una reacción que abarca un total de 8 nucleones, que es el término general para protones y neutrones. Para sus cálculos, utilizaron una de las supercomputadoras más poderosas del mundo, la supercomputadora JUQUEEN en el Centro de Supercomputación Jülich JSC.
Para reducir el enorme esfuerzo computacional, utilizaron un truco: los investigadores colocaron los nucleones involucrados no en el espacio libre, sino en una matriz virtual la llamada red, cuyo estado se puede calcular de manera muy eficiente con un grannúmero de procesadores paralelos, como ahora se están utilizando en supercomputadoras. De esta manera, el tiempo computacional no se incrementa como ha sido el caso anteriormente exponencialmente con el número de nucleones involucrados, sino que es solo cuadrático. El tiempo computacional para unpor lo tanto, un sistema con 16 partículas es solo cuatro veces mayor que para un sistema de 8 partículas. Por el contrario, si el tiempo computacional aumentara exponencialmente, una supercomputadora como JUQUEEN no estaría ocupada durante unas pocas semanas, sino durante varios miles de años.
Hace unos años, los físicos descubrieron el secreto de las condiciones básicas para la formación de carbono; el nuevo método ahora lleva a los investigadores de manera tangible a otro proceso vital de creación: la formación de oxígeno, que se ha llamado el "Santo Grial de la astrofísica"."Además, el método también podría abrir nuevas perspectivas para los cálculos de simulación en física de partículas elementales, en las cuales el foco no está en los núcleos atómicos sino en el comportamiento de los quarks y los gluones".
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Materiales proporcionado por Universität Bonn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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