宇宙大尺度结构形成的破纪录模拟

筑波——目前对宇宙结构形成的模拟并不能准确再现自宇宙开始以来就存在于宇宙中的被称为中微子的幽灵状粒子的特性。但是现在，来自的一个研究团队设计了一种方法来解决这个问题。

本月发表在SC '21:Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis 上的一项研究中，筑波大学、京都大学和东京大学的研究人员报告了精确遵循动态计算的模拟这样的宇宙遗迹中微子。这项研究被选为 2021 年 ACM 戈登贝尔奖 (https://awards.acm.org/bell) 的决赛入围者，该奖旨在表彰高性能计算领域的杰出成就。

中微子比所有其他已知粒子轻得多，但它们的确切质量仍然是个谜。测量这个质量可以帮助科学家开发出超越粒子物理学标准模型的理论，并测试对宇宙如何演化的解释。确定这种质量的一种有前途的方法是使用模拟研究宇宙遗迹中微子对大规模结构形成的影响，并将结果与​​观察结果进行比较。但是这些模拟需要非常准确。

“标准模拟使用称为基于粒子的N体方法的技术，当涉及到大量中微子时，该技术有两个主要缺点，”Kavli 宇宙物理和数学研究所首席研究员 Naoki Yoshida 博士解释说。东京大学。“首先，模拟结果容易受到称为散粒噪声的随机波动的影响。其次，这些基于粒子的方法无法准确再现无碰撞阻尼——这是快速移动的中微子抑制宇宙结构增长的关键过程。”

为了避免这些问题，研究人员通过直接求解等离子体物理学中称为 Vlasov 方程的中心方程来跟踪大量中微子的动力学。与之前的研究不同，他们在完整的六维相空间中求解了这个方程，这意味着与空间和速度相关的所有六个维度都被考虑在内。该团队将这种 Vlasov 模拟与基于粒子的冷暗物质N体模拟相结合，冷暗物质是宇宙中物质的主要成分。他们在 RIKEN 计算科学中心的超级计算机 Fugaku 上进行了混合模拟。

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