شبیه سازی لحظاتی پس از بیگ بنگ با روشی جدید

MacTavish · 10/9/19

پژوهشگران دانشگاه MIT، توانستند با روش جدیدی به‌ نام «شبکه‌ی‌ کوانتوم کرومودینامیکی» دقایقی پس از بیگ بنگ را شبیه‌سازی کنند. شواهد بیگ بنگ برای ما فعلا ناشناخته است، و از جزئیات دقیق، جهانی که ما میشناسیم، آگاه نیستیم.

هسته‌زایی بیگ بنگ ، فاز مخصوصی است که اخیرا آزمایش‌های آن شروع شده است. در هسته‌زایی بیگ بنگ ، که اولین هسته‌ها کنار یکدیگر متراکم شدند، درست بین چند دهم ثانیه و حدود 20 دقیقه پس از بیگ بنگ رخ داده است، که در آن لحظه دمای جهان به میلیاردها درجه بالای صفر می‌رسید. William Detmold، چگونگی رویکرد روش جدید خود را، به نام شبکه‌ی‌ کوانتوم کرومودینامیکی «lattice quantum chromodynamics» برای بازتولید فرآیند دقیق هسته‌زایی، نشان داد.

دتمولد می‎گوید:

شما در وهله‌ی اول با ذراتی که انرژی بسیار بالایی داشته و دمای آن با انبساط جهان کاهش یافته شروع می‌کنید. در نهایت شما با ترکیبی از کوارک‌ها و گلوئون‌ها، برخورد خواهید کرد که واکنش‌پذیری بالایی دارند، و به پروتون‌ها و نوترون‌ها تبدیل می‌شوند. سپس پروتون و نوترون با یکدیگر ترکیب شده، و ترکیبات پیچیده‌تری مانند دوترون‌ها «deuterons» را تشکیل می‌دهند، که واکنش دوترون‌ها با نوترون‌ها دیگر، باعث تشکیل عناصر سنگینی مثل ذره‌ی آلفا و هلیم-4 می‌شود.

کد تست‌شده، واکنش بین کوارک‌ها و گلوئون‌های بنیادی را، که حامل نیروی هسته‌ای قوی می‌باشد، شبیه سازی می‌کند. این ذرات باعث می‌شود پروتون‌ها و نوترون‌ها در کنار یکدیگر قرار بگیرند. این تیم برای کاهش هزینه‌های محاسباتی خود، جرم کوارک‌ها را ۱۰ تا ۲۰ برابر سنگین‌تر از جرم فیزیکی خود، در نظر گرفته‌اند.

در ادامه دتمولد می‌افزاید:

برای چیزهای ساده مانند محاسبه جرم پروتون، ما فقط مقادیر فیزیکی جرم کوارک‌ را مورد محاسبه قرار دادیم. این واکنش بسیار پیچیده‌تر است، طوری که ما در حال حاضر نمی‌توانیم در تمام محاسبات از مقادیر فیزیکی و واقعی جرم کوارک‌ها، استفاده کنیم.

اگر چه در محاسبات انجام شده، اعداد فیزیکی صحیح استفاده نشده بود اما از طریق محاسبه مستقیم، فرآیند دوباره باز تولید می‌شود. این موضوع راه را برای محاسبه مقادیر فرآیندهای دیگر که به صورت تجربی هنوز اندازه‌گیری نشده اند، هموار می‌کند. این رویکرد نشان می‌دهد که ما می‌توانیم ماهیت واقعی واکنش‌های پیچیده را از اجزاء تشکیل‌دهنده‌ی بنیادی آنها (کوارک‌ها، گلوئون‌ها و برهم‌کنش‌ آنها) بدون متوسل شدن به ساده‌سازی‌ها، شبیه‌سازی کنیم.