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冰立方中微子天文台探测到新的高能粒子

圣地亚哥超级计算机中心被用来证明60年前的理论

冰立方探测器记录的格拉肖事件的可视化。每个彩色圆圈表示由事件触发的冰立方传感器;红色圆圈表示传感器触发时间较早,蓝绿色圆圈表示传感器触发时间较晚。这个事件被戏称为“绣球花”。来源:冰立方合作。

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  • 辛西娅·狄龙

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  • 辛西娅·狄龙

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2016年12月,一种名为电子反中微子的高能粒子以接近光速从外太空飞抵地球。在南极冰盖的深处,它与一个电子相撞,产生了一个叫做W的粒子玻色子,它迅速衰变成一簇次级粒子。这种相互作用被埋在南极冰川中的大型望远镜冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory)捕捉到了。

冰立方曾探测到格拉肖共振事件,这是诺贝尔奖得主物理学家谢尔登·格拉肖在1960年预测的现象。有了这一发现,科学家们又一次证实了粒子物理学的标准模型。它还进一步证明了冰立方(IceCube)进行基础物理学研究的能力。冰立方使用嵌入在南极冰层中的数千个传感器来检测被称为中微子的几乎没有质量的粒子。研究结果最近发表在自然非常重要,因为它表明冰立方可以探测到不同于中微子的反中微子,从而打开了一扇通往宇宙的新窗口。

包括加州大学欧文分校和加州大学伯克利分校的研究人员在内的多国科学家团队用冰立方寻找非常高能的天体物理中微子。使用圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)彗星在加州大学圣地亚哥分校,桥梁匹兹堡超级计算中心(PSC)Frontera在德克萨斯高级计算中心(TACC),发现了一个反中微子的相互作用(称为“事件”),可见能量为6.05±0.72 PeV。考虑到它的能量和方向,它被归类为5σ水平的天体物理学中微子。此外,最接近相互作用点的传感器收集的数据以及测量的能量与W的强子衰变是一致的玻色子产生于1960年的预言中所概述的格拉肖共振。后者明确地将进入的粒子确定为反中微子而不是中微子,或反物质而不是物质。

加州大学圣地亚哥分校物理学教授、SDSC开放科学网格(OSG)执行董事Frank Würthwein解释说:“为了模拟这种探测,我们的冰立方合作者在多台超级计算机上花费了数百万小时来整理数据,了解探测器的响应,并计算出这种特定的反中微子的起始方向。”“我们对这一发现感到兴奋,也很幸运,我们的资源可以支持这一开创性的科学。”

Würthwein在过去的十年里一直与天文台的全球计算经理benedick Riedel和一个国际科学家团队密切合作。

里德尔说:“在其他任何地方建造一个类似的天文台都将是天文数字般的昂贵。”“南极洲的冰为我们提供了完美的光学材料,我们从一个人用望远镜仰望天空的传统观点转向了大型仪器,现在又转向了粒子物理学和粒子天文台。”

里德尔解释说,在这种新范式下,需要在短时间内进行大量的计算,以进行大型的时间敏感计算,比如大型科学计算中心TACCSDSC,PSC

虽然这些超级计算机资源分配是由美国国家科学基金会(NSF)的极端科学与工程环境(XSEDE)资助的,但额外的计算资源包括OSG和太平洋研究平台(PRP),由加州大学圣地亚哥分校的研究人员领导的100多个机构的合作伙伴关系,其中包括NSF和能源部资助的资源,以及世界各地的多所研究型大学。

关于SDSC
圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)是高性能和数据密集型计算领域的领导者和先驱,为国家研究界、学术界和工业界提供网络基础设施资源、服务和专业知识。SDSC位于加州大学圣地亚哥分校,支持数百个跨领域的多学科项目,从天体物理学和地球科学到疾病研究和药物发现。SDSC最新的国家科学基金会资助的超级计算机,片,支持SDSC的“计算无国界”主题,以数据为中心的架构,公共云集成和最先进的gpu,用于融合实验设施和边缘计算。

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