艺术家展示的两个质子的碰撞。质子含有夸克和胶子。计算机计算帮助科学家了解夸克和胶子如何定义质子和中子。
图片由橡树岭国家实验室的Andy Sproles提供。

科学

科学家使用粒子加速器将带电粒子的速度提高到接近光速。然后他们将这些粒子粉碎，研究形成的新粒子，包括夸克。然而，由于颜色的限制，自由夸克不能被直接孤立地观察。这种现象意味着某些粒子，包括夸克和胶子，不能被隔离。这使得研究这些粒子变得很困难。现在，一个团队已经开发出一种新的方法来模拟夸克如何结合和相互作用，以构成构成原子核的较大粒子。这些模拟需要大量的计算能力。让它们变得更简单的一个方法是模拟比在自然界发现的夸克更重的夸克。由于Summit超级计算机的强大功能，该团队模拟了比过去可能的轻得多的夸克。Summit的力量与新方法的结合创造了更真实的结果。

影响

该团队的结果可以与实验研究进行比较。这些比较有助于核科学家了解夸克如何构成中子和质子，即粒子物理学标准模型中原子内的较大粒子。了解单个粒子的属性可能有助于科学家得出结论，了解在一个叫做希格斯玻色子的重要粒子附近发生了什么。希格斯玻色子是一种与一个场有关的粒子，这个场似乎会给与它相互作用的其他基本粒子带来质量。

摘要

预测夸克如何与其他粒子相互作用是物理学中的一个巨大挑战。一个团队利用橡树岭国家实验室的Summit超级计算机解决了这个挑战的一部分。Summit是美国最快的超级计算机。该团队需要模拟粒子在真空中和受强作用力影响时如何相互作用。他们使用真空中强力场的模拟快照来计算粒子在这个场中移动时会发生什么。由于需要大量的真空快照来获得有意义的结果，因此计算需要借助Summit超级计算机的力量。该团队在三个不同质量的模拟立方体中总共拍摄了1000多张快照，网格范围从空间的32,768点到262,144点。这项研究将使科学家们能够把这些结果应用于现实生活中的数据，从而能够对亚原子物质进行更好的预测。

联系人

Bálint Joó

橡树岭国家实验室

joob@ornl.gov

资助

这项工作得到了能源部(DOE)科学办公室核物理项目和Jefferson Science Associates, LLC的支持。其中三位研究人员得到了能源部科学办公室研究生研究奖学金的支持，该奖学金是通过教师和科学家劳动力发展办公室的科学办公室研究生研究项目提供的。计算时间由约翰-冯-诺伊曼计算研究所提供;威廉和玛丽大学通过国家科学基金会和弗吉尼亚联邦设备信托基金的捐款;国家能源研究科学计算中心，能源部科学办公室的用户设施;以及橡树岭领导计算设施，也是能源部科学办公室的用户设施。

出版物

Joó, Bálint等, 来自Ioffe时间假分布的Parton分布函数来自晶格计算。接近物理点，《物理评论快报》125, 232003(2020)。[DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.232003]