Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

HZDR-Forscher simulieren Elektronen in kosmischen Plasmajets

18.11.2013
Für den mit 10.000 US-Dollar dotierten Gordon-Bell-Preis der Association for Computing Machinery (ACM) wurden Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) nominiert.

Am Hochleistungsrechner TITAN haben sie die Bewegung von Milliarden Elektronen in Plasmajets simuliert und deren abgestrahltes Licht berechnet. Ihre Ergebnisse geben Einblick in Prozesse, die sich in vielen kosmischen Objekten wie Sternen, galaktischen Kernen und Neutronensternen abspielen.

Zusammen mit fünf weiteren Finalisten präsentieren die Dresdner Forscher ihre Ergebnisse am 20. November auf der Supercomputing-Tagung SC13 im amerikanischen Denver vor einer Fachjury, die anschließend den Preis verleiht.

„Wenn Wind über das Meer bläst, bilden sich Wellen“, beschreibt Michael Bussmann, Nachwuchsgruppenleiter am HZDR, ein bekanntes Phänomen. „Bei hohen Windgeschwindigkeiten verwirbeln sich Wasser und Wind, wodurch Gischt entsteht. Gischt ist somit ein turbulenter Mix aus Wasser und Luft. Ähnliches passiert im Weltall, wenn ein Stern heißes Gas ins Weltall schleudert.

Der dabei entstehende Jet aus heißem Plasma vermischt sich mit anderem Gas, das den Stern umgibt. Es entstehen turbulente Strömungen an der Grenze zwischen den beiden Gasen.“ Die Mitarbeiter der Nachwuchsgruppe „Computergestützte Strahlenphysik“ haben vor kurzem diese Vermischung zwischen Strömen heißen Gases, die sogenannte Kelvin-Helmholtz-Instabilität, mit Hilfe von Simulationen studiert. Plasmajets treten bei aktiven Galaxienkernen, Neutronensternen, schwarzen Löchern und vielen anderen Objekten im Weltall auf.

„Wir wollten die Kelvin-Helmholtz-Instabilität genau verstehen. Dazu haben wir etwas gemacht, was bisher kaum jemand versucht hat“, erklärt Bussmann. „Wir haben einen Plasmajet mit einer so hohen Auflösung simuliert, dass wir den Elektronen im Jet folgen konnten. Das allein benötigte eine enorme Rechenkraft, da wir fast hundert Milliarden Teilchen simulieren mussten. Aber wir waren noch nicht zufrieden.“ Selbst mit den größten und modernsten Teleskopen ist es nämlich unmöglich, einzelne Teilchen in einem solchen Jet zu sehen. Die HZDR-Wissenschaftler standen also vor der Frage, wie man ihre Ergebnisse mit Beobachtungen vergleichen kann. Bei ihrer Lösung machten sie sich zunutze, dass Elektronen Licht über ein breites Spektrum an Wellenlängen abstrahlen, wenn sie ihre Flugrichtung oder Geschwindigkeit ändern. Sie erweiterten ihren selbstentwickelten Simulationscode PIConGPU um die Fähigkeit, aus der Bewegung der Elektronen das in alle Richtungen abgestrahlte Licht zu berechnen.

„Das abgestrahlte Licht können wir mit etwas Glück mit Teleskopen von der Erde aus sehen“, erläutert der Physiker. „Wir können also etwas simulieren, was man auf der Erde messen kann. Allerdings ist der hierfür benötigte Rechenaufwand gewaltig.“ Für die Milliarden Elektronen in der Simulation musste das abgestrahlte Licht einzeln berechnet werden – und zwar für hundert verschiedene Richtungen. Daher nutzte das HZDR-Team im Juni dieses Jahres den damals rechenstärksten Supercomputer der Welt, TITAN am Oak Ridge National Laboratory, für ihre Rechnungen. PIConGPU rechnete dafür auf 18.000 Grafikkarten über 16 Stunden lang. Nur wenige Simulationscodes können sich eine solch gewaltige Rechenkraft zunutze machen. Simulationen, denen dies am effizientesten gelingt, werden einmal pro Jahr mit dem Gordon Bell Preis für herausragende Leistungen im Bereich des Hochleistungsrechnens ausgezeichnet, für den sich die HZDR-Wissenschaftler nun nominieren konnten.

„Ob wir gewonnen haben, erfahren wir auf der Supercomputing Conference 2013 Mitte November in Denver. Unter den sechs Finalisten zu sein ist aber bereits eine große Ehre. Ich bin sehr stolz auf das, was alle Beteiligten geleistet haben. Das war tolle Teamarbeit!“, betont Michael Bussmann. „Mit den Simulationen auf TITAN haben wir einzigartige wissenschaftliche Daten gewonnen. Es ist eine so große Menge, dass wir noch immer dabei sind sie auszuwerten. Alle im Team sind sehr gespannt, was wir finden werden.“ Denn Plasmen spielen eine zentrale Rolle in den Forschungsthemen der Nachwuchsgruppe.

So wollen die HZDR-Forscher mit Hilfe analytischer Modelle und Simulationen die Eigenschaften lasergetriebener Strahlungsquellen genauer verstehen. Mit diesen Strahlungsquellen könnten kompakte Beschleuniger für die Krebstherapie mit Partikeln entwickelt werden. Hochintensive Laserpulse können Materie ionisieren, das heißt die Atome in Ionen und Elektronen aufteilen. Trennt man die Elektronen von den Ionen, treten starke Felder auf, die zur Beschleunigung genutzt werden. Die vom Laser derart ionisierte Materie nennt man Plasma. Bei ihrer Modellierung ist es wichtig, die vielfältigen, in den Plasmen auftretenden physikalischen Prozesse zu verstehen.

_Weitere Informationen:
Dr. Michael Bussmann
Institut für Strahlenphysik im HZDR
Tel.: 0351 260 - 2616
m.bussmann@hzdr.de
_Medienkontakt:
Dr. Christine Bohnet
Pressesprecherin
Tel. 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56 | c.bohnet@hzdr.de | www.hzdr.de
_Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
* Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
* Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
* Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?

Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen werden fünf Großgeräte mit einzigartigen Experimentiermöglichkeiten eingesetzt, die auch externen Nutzern zur Verfügung stehen.

Das HZDR ist seit 2011 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat vier Standorte in Dresden, Leipzig, Freiberg und Grenoble und beschäftigt rund 1.000 Mitarbeiter – davon ca. 450 Wissenschaftler inklusive 160 Doktoranden.

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.hzdr.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)
26.05.2017 | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

nachricht Neues Helmholtz-Institut in Würzburg erforscht Infektionen auf genetischer Ebene
24.05.2017 | Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften