RSSUGent-onderzoekers zetten belangrijke stap naar beter begrip fundamentele natuurkrachten
Computersimulaties bieden meer duidelijkheid over wat na de Big Bang gebeurde
Dankzij een nieuwe wiskundige techniek zijn UGent-onderzoekers er voor de eerste keer in geslaagd een computersimulatie te maken die de dynamische interactie tussen geladen deeltjes en elektromagnetische velden op kwantumniveau beschrijft. Dat melden zij vandaag in het prestigieuze tijdschrift Physical Review Letters, dat hun artikel presenteert als ‘Editor’s suggestion’.
Natuurkrachten en extreme processen
De simulaties beschrijven het dynamisch gedrag van elementaire deeltjes zoals elektronen en fotonen, gebruikmakend van een zogenaamde ‘ijktheorie’. Dit soort theorieën ligt aan de basis van de vier fundamentele natuurkrachten: de bekende zwaartekracht en elektromagnetische kracht, maar ook de sterke en zwakke kernkracht die spelen op het niveau van de atoomkernen.
Vooral voor de sterke kernkracht zijn dergelijke simulaties cruciaal voor ons begrip van de verschillende extreme processen in ons universum. Zulke extreme processen vonden bijvoorbeeld plaats bij de eerste ogenblikken na de Big Bang; maar ook bij de vorming van compacte neutronensterren. Hier op aarde genereren we zelf dergelijke processen; denk maar aan de hoog-energetische deeltjesbotsingen in de Large Hadron Collider (LHC) in Genève.
De Gentse onderzoekers maakten real-time simulaties voor elektromagnetische velden in één dimensie (op een lijn); een situatie die lijkt op de driedimensionale velden van de sterke kernkracht. Hun werk vormt dan ook een eerste belangrijke stap naar complexere simulaties die meer inzicht moeten geven in de extreme processen waarbij de sterke kernkracht een rol speelt. Op dit moment wordt samen met buitenlandse onderzoeksgroepen hard gezocht naar de nodige verdere stappen op weg naar simulaties van volledig realistische processen.
Nieuwe wiskunde
De real-time simulaties werden uitgevoerd met zogenaamde ‘matrix-product toestanden’. Dat is een relatief nieuwe wiskundige techniek, met een theoretische grondslag in de kwantuminformatie, die op korte tijd een prominente rol gekregen heeft in de vaste stoffysica en de kwantumchemie. De onderzoekers pasten de techniek aan voor gebruik in de elementaire deeltjesfysica. Op die manier konden ze de grote hoeveelheid kwantumtoestanden hanteren die dit soort simulaties tot nu toe onmogelijk maakten. Hiermee tonen ze dus het groot potentieel aan van deze methode voor de elementaire deeltjesfysica.
Odysseus
Dit onderzoek werd uitgevoerd door Boye Buyens, Jutho Haegeman en Karel Van Acoleyen in de onderzoeksgroep van prof. Frank Verstraete, die deze groep in 2012 kon stichten dankzij een beurs van het Odysseus-programma van het Fonds voor Wetenschappelijk onderzoek (FWO). De publicatie in Physical Review Letters is getiteld “Matrix product states for gauge field theories†en wordt op 25 augustus 2014 in de vooravond (Belgische tijd) online gepubliceerd.
© 2014 GENTBLOGT VZW
Een ietsje aan de moeilijke kant. Ik denk dat het na de Big Bang begon te regenen.
De Big Bang begin en einde van alles! Het geheim van het leven blijft best een geheim het mensdom is te dom om dergelijke codes te kraken GELUKKIG MAAR ! Dat de natuur maar de grond van zijn geheimen bewaard voor altijd . Aan ieder begin is er gelukkig ook een einde en zo moet het blijven zoals het al miljarden jaren doorgaat . Plotseling zijn we hier en plotseling niet meer van stof tot stof sterrenstof zijn wij allen .