K-компьютер предсказал существование экзотической частицы «ди-Омега»

Основываясь на сложных симуляциях квантовой хромодинамики, выполненных с использованием компьютера K, одного из мощнейших в мире, ученые HAL QCD Collaboration предсказали существование новый тип «дибариона» — частицы, содержащей шесть кварков вместо трех. Изучение таких элементов помогает ученым понять взаимодействие элементарных частиц в экстремальных условиях, таких как недра нейтронных звезд или первые моменты Вселенной после Большого Взрыва.

Частицы, известные как барионы — собственно протоны и нейтроны, — состоят из трех кварков, тесно связанных друг с другом, причем их заряд зависит от «цвета» кварков. Дибарион — это по сути система с двумя барионами. В природе существует один известный дибарион — дейтрон, дейтериевое ядро (тяжелый водород) с протоном и нейтроном, которые очень слабо связаны. Ученые давно задаются вопросом, существуют ли другие дибарионы, однако пока не находили таковых.

В работе, опубликованной в Physical Review Letters, группа ученых использовала мощные теоретические и вычислительные инструменты для прогнозирования существования «самого странного» дибариона, состоящего из двух «Омега-барионов», каждый из которых содержит три странных кварка. Они назвали его «ди-Омега». Также было предложено искать эти странные частицы в экспериментах со столкновениями тяжелых ионов, запланированных в Европе и Японии.

Прогноз удалось сделать благодаря случайно комбинации трех элементов: улучшенных методов расчета КХД, улучшенных алгоритмов моделирования и более мощных суперкомпьютеров.

Первым существенным элементом стала новая теоретическая база под названием «зависящий от времени метод ХАЛ-КХД»: она позволяет ученым определить силу, действующую между барионами, по большому объему числовых данных, собранных с использованием компьютера К.

Второй элемент — это новый вычислительный метод, унифицированный алгоритм сжатия, который позволяет эффективнее рассчитывать систему с большим количеством кварков.

Третий элемент — появление мощных суперкомпьютеров. Компьютер К позволяет производить быстрые расчеты по большому числу переменных. Но и ему потребовалось почти три года, чтобы подвести ученых к выводу о существовании «ди-Омеги».