Kæmpe computersimulation skal vise os, hvordan elementarpartikler danser med hinanden i universet

Princippet for, hvad der kan eksistere i universet og under din fingernegl er det samme: Alt stof er bygget af elementarpartikler. Videnskaben kender (indtil videre) 12 af dem, og dertil kommer en række kraftpartikler. Disse partikler forholder sig alle til hinanden og interagerer med hinanden på en myriade af forskellige måder. 

Hvordan det foregår, vil partikelfysikeren Antonio Rago, Institut for Matematik og Datalogi på SDU nu undersøge, og det skal foregå i en computersimulering. Fra EuroHPC har Rago modtaget en bevilling på 120 millioner såkaldte core hours på den europæiske supercomputer LUMI. For at få en fornemmelse af bevillingens størrelse, kan man sammenligne med, at Danmark, som et af landene i konsortiet bag LUMI, råder over 87 millioner core hours om året til uddeling blandt alle Danmarks forskningsinstitutioner.

Med de 120 millioner core hours kan Antonio Rago nu sætte LUMI i arbejde i ca. tre måneder. I løbet af den tid vil supercomputeren foretage lige så mange beregninger, som det vil tage en almindelig bærbar computer 1.712 år at foretage.

Målet er at skabe, hvad Rago kalder et snapshot af en lille bid af universet. Man skal forestille sig en lille boks, der måler 12 x 12 x 12 x 12 femtometre. En femtometer er en kvadrilliontedel af en meter. Tidsdimensionen vil være 40 septilliontedele af et sekund (en septillion er et ettal, fulgt af 42 nuller).

Der kommer til at foregå en hel del inde i sådan en boks, selvom den er så lille: Elementarpartiklerne vil myldre rundt mellem hinanden og vise forskerne, hvordan de opfører sig sammen med andre. Der er ekstremt stor forskel på partiklernes størrelse, og det skal simulationens opløsning tage højde for; det svarer til, at man skal kunne se både Mona Lisas næsebor og hele Mount Blanc i det samme billede.

Antonio Rago håber, at simuleringen kan bidrage med ny indsigt i en række af fysikkens store gåder, bl.a.:

1. Findes der elementarpartikler – eller interaktioner -, som vi ikke kender endnu? Ved at sammenligne simulationen med resultater fra fysikeksperimenter, kan han måske få øje på uoverensstemmelser, som kan forklares med nye partikler.

2. Hvorfor er der mere stof end antistof i universet? Vi ved, at der bør findes en antipartikel for hver stofpartikel i universet, så det er vanskeligt at forklare, hvorfor der alligevel findes flere stofpartikler end antistofpartikler. Men det gør der: For hver milliard antistofpartikler, der blev skabt under universets fødsel, blev der skab en milliard og en stofpartikel.

Grundforskning, der kan ændre verden

Udforskning af universet og de fysiske love, der gælder for elementartiklernes interaktioner, er umiddelbart betragtet grundforskning, fordi feltet primært er drevet af nysgerrighed og ikke i sig selv søger at løse et konkret eller praktisk problem.

Men det er netop fra dette felt, at nogle af menneskehedens største opdagelser kommer. Det har ledt til opfindelser, som vi på ingen måder kunne forestille os, før videnskaben begyndte at udforske fysikken, siger Antonio Rago.

Vi kan f.eks. takke Einsteins nysgerrighed for, at vi i dag har relativitetsteorien: Uden den ville vores GPS-systemer ikke være nøjagtige, fordi relativitetsteorien tager højde for, at både tyngdekraftens styrke og farten mellem to objekter påvirker, hvordan tiden går.

Vi kan også takker fysikerne ved CERN (European Center for Nuclear Research in Switzerland) for internettet: Det blev oprindeligt skabt som et værktøj, som skulle gøre det nemmere for fysikerne at finde og sortere enorme mængder data.

- Der kan komme flere verdensforandrende opfindelser fra fysikken: Måske vil det en dag lykkes at skabe nuklear fusion og dermed efterligne den fusion, der foregår i Solens nukleare kerne og dermed producere enorme mængder energi, der ikke efterlader radioaktivt affald, siger Rago.

FAKTA Hvad er en elementarpartikel 

En elementarpartikel er en partikel, der ikke kan deles i mindre dele. Engang troede man, at atomet var den mindste elementarpartikel, men i 1897 viste den britiske fysiker, J. J. Thompson, at atomet består af endnu mindre elementarpartikler. Elementarpartikler er enten stofpartikler (seks kvarker og seks leptoner) eller en af de fem kraftpartikler (fx lyspartikler, der er ansvarlige for elektromagnetiske fænomener eller gluoner, som sørger for at holde kvarker sammen). 

FAKTA om supercomputeren LUMI

LUMI er en europæisk supercomputer, der står i Finland. Konsortiet bag er landene Belgien, Danmark, Estland, Finland, Island, Norge, Polen, Schweitz, Sverige og Tjekkiet. Mød LUMI her.