[成果]我校教授领衔团队运用“天河二号”获突破完成3万亿粒子数宇宙中微子数值模拟 揭宇宙137亿年演化进程
29.05.2015 18:20
本文来源: 师范大学
日前，北京师范大学天文系教授张同杰领衔的宇宙中微子数值模拟团队，在国家超级计算广州中心“天河二号”上，完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。
该成果获得了学界的高度关注。中国科学院高能物理研究所理论物理室主任兼中国科学院大学近代物理系主任邢志忠研究员认为，这是目前国际宇宙学领域运行粒子数最多的N体数值模拟，打开了通过天文观测手段研究宇宙中微子及其质量的新窗口，有望大大缩短人类探索宇宙起源与演化奥秘的时间进程，对基础科学、宇宙环境、地球生态、矿藏勘探等领域的科学研究将起到积极的推动作用。
计算机模拟出的宇宙中位子和暗物质的大尺度结构分布图像，其中标度1Mpc=1,000,000pc,1pc=3.26光年
“宇宙幽灵”参与并见证宇宙演化
据张同杰介绍，中微子是自然界中最基本的粒子种类之一，号称“宇宙幽灵”。中微子的产生和宇宙诞生几乎同步，它在宇宙诞生后约1秒钟就脱离其他等离子体物质的影响，形成看不见的宇宙背景。中微子在宇宙空间中穿梭往复，是宇宙演化进程和各种天文现象的参与者和见证者。
由于中微子质量小（约为电子质量的千万分之一或更低），不带电，运动速度快，目前的物理学实验和宇宙学观测都无法测定中微子的绝对质量。但中微子对宇宙早期星系和大尺度结构的形成会产生微弱却必不可少的抑制作用，后者可以通过大规模宇宙学数值模拟被间接“测量”，从而提供有关中微子质量的重要信息。这种大规模宇宙学数值模拟依赖具有强大计算和存储能力的超级计算机。
超美国模拟数值两倍，创世界纪录
2013年底，国防科技大学研制成功的“天河二号”计算机在国家超级计算广州中心投入运行。“天河二号”超级计算机是世界上最快的计算机，具有5.49亿亿次/秒的峰值浮点运算速度、1.4P的内存、12.4P的硬盘存储和16000个节点（超过300万个Intel计算核）的高性能，曾经连续4次登上国际TOP500组织公布的最新全球超级计算机500强排行榜榜首。
在北京师范大学和天文系大力支持下，“天河二号”投入运行后不久，以北师大天文系张同杰宇宙学团队作为首席单位，联手国防科技大学、加拿大理论天体物理研究所、北京大学、中科院高能物理研究所组成的宇宙中微子数值模拟团队，共同进行技术攻关。
2015年寒假期间，研究团队启用了“天河二号”全系统中的1万4千个结点，共计运算50多个小时，成功地运行了含有中微子和暗物质的3万亿粒子数的宇宙学数值模拟。据中科院国家天文台宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷介绍，该项研究比美国阿贡国家实验室的米浪（Mira）超级计算机去年进行的1.07万亿粒子数数值模拟超出两倍多，创造了新的世界纪录。
在运算过程中，“天河二号”1万4千个结点连续10小时持续运行宇宙中微子模拟而不出故障，也体现了“天河二号”的稳定可靠。
清晰“还原”宇宙137亿年演化“视频”
张同杰表示，进行多达3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟，目前世界上只有“天河二号”能担此重任。它好比一架“像素”极高的“超高速摄像机”，通过上述模拟“还原”出宇宙清晰而漫长的演化“视频”，使宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化过程得以“呈现”，为通过天文观测手段测量中微子质量带来新的契机和希望。
目前计算结果正在分析之中。据介绍，随着中国和欧美日各国对中微子各种参数的进一步精确测定，科学家们正逐步揭开中微子这一“宇宙幽灵”的神秘面纱。借助于“天河二号”超级计算机，张同杰所领导的团队有望在宇宙中微子质量研究的国际竞赛中领先一步，取得新突破，从而促进天文学、天体物理学、宇宙学、粒子物理学及相关科学的进一步发展。
（北师大校报）
（北师大校报）
本文来源: 师范大学
29.05.2015 18:20
直击现场！你好，新同学，北中医欢迎你！
蝉鸣渐远，初秋已至
风华正茂，中医药大学