Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Großer Rechner für kleine Teilchen: Wilson simuliert Kräftespiel im Atomkern

02.02.2009
Neue PC-Clusteranlage am Institut für Kernphysik für 1,3 Millionen Euro aufgebaut. Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen im Fokus.

Immer weiter dringt die Kernphysik ins Innere der Materie vor und entdeckt neue Teilchen oder hofft, sie zu finden. Die Anlagen dazu werden immer größer und haben in Mainz mit dem Ausbau des Elektronenbeschleunigers MAMI Ende des Jahres 2006 einen Höhepunkt erreicht.

Aber nicht nur die experimentellen Einrichtungen nehmen an Größe zu, sondern auch die Computeranlagen, die dazu dienen, solche Experimente zu begleiten. Eine Rechneranlage der Superlative haben die Wissenschaftler am Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz am Freitag bei einer Einweihungsfeier der Öffentlichkeit vorgestellt: "Wilson", so der Name der Maschine, besteht aus 2240 Prozessoren, die miteinander verknüpft sind und gemeinsam an einer Aufgabe arbeiten. In einer Sekunde können so nicht weniger als vier Billionen Rechenschritte gelöst werden.

"Die neue Rechneranlage bettet sich in idealer Weise in das im Juni 2008 gestartete Forschungszentrum Elementarkräfte und mathematische Grundlagen ein, mit dem die Physik der Universität Mainz in die Forschungsinitiative des Landes einbezogen ist", erklärte Ministerialdirigentin Brigitte Klempt, Leiterin der Abteilung "Forschung und Technologie" im Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur. "Das Zentrum basiert auf besonderen Stärken der Mainzer Physikforschung, für die es gute Voraussetzungen gibt, auch in der internationalen Konkurrenz erfolgreich zu bestehen", sagte sie.

"Mit dieser außergewöhnlichen Rechenanlage wurden am Institut für Kernphysik die Voraussetzungen geschaffen, um die Experimente am Elektronenbeschleuniger MAMI optimal zu begleiten und zu interpretieren", erklärte der Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Univ.-Prof. Dr. Georg Krausch. "Darüber hinaus werden aber auch experimentelle Untersuchungen an anderen Einrichtungen, die sich beispielsweise mit der Existenz neuer Materieformen befassen, künftig durch Rechnungen aus Mainz unterstützt." Die Physiker interessieren sich dabei insbesondere für die Kräfte, die zwischen den kleinsten bekannten Teilchen, den Quarks, wirken. Diese Kräfte entstehen durch sogenannte Gluonen, die zwischen den Quarks ausgetauscht werden.

Wilson wurde im Mai 2008 in Einzelteilen angeliefert und während vier Tagen in zwei Schrankreihen von jeweils 3,60 Meter Länge und zwei Meter Höhe eingebaut. Für die Klimaanlage, deren Leistung 650 haushaltsüblichen Kühlschränken entspricht, musste der Raum zuvor komplett umgebaut werden. Die Kosten für die Anlage betrugen 1,1 Millionen Euro, die im Rahmen des ehemaligen Hochschulbauförderungsgesetzes (HBFG) aus Bundes- und Landesmitteln sowie aus Mitteln der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt bereitgestellt wurden. Weitere 200.000 Euro fielen für den Umbau der Räume und die Kühlanlage an. Nachdem die anfänglichen technischen Schwierigkeiten überwunden sind, kann die Anlage nun zeigen, was in ihr steckt.

Das Interesse der Wissenschaftler gilt dem inneren Aufbau von Protonen und Neutronen, die den Atomkern bilden und die ihrerseits aus den noch kleineren Quarks bestehen. Der starke Zusammenhalt im Innern eines Atomkerns beruht auf der starken Wechselwirkung, eine der vier fundamentalen Kräfte in der Physik. Diese Kraft wirkt durch den Austausch von Gluonen auf die Quarks ein, wobei acht verschiedene Gluonen bekannt sind, die zwischen den Quarks hin- und herwechseln. Zur Beschreibung dieses Kräftespiels dient die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD). Wie sich jedoch die unmittelbaren Eigenschaften von Protonen und Neutronen aus der Quantenchromodynamik ableiten lassen, ist noch weitgehend unverstanden - und hier setzen die Arbeiten der Mainzer Kernphysiker an.

"Wir können jetzt mit dem neuen Hochleistungsrechner eine noch recht junge,
aber sehr erfolgversprechende Methode anwenden, um bestimmte Vorgänge im Innern der Atomkerne zu simulieren", erklärte Univ.-Prof. Dr. Hartmut Wittig vom Institut für Kernphysik der Universität Mainz. "Dabei werden die Wechselwirkungen zwischen den Quarks und den Gluonen nicht in den üblichen vier Dimensionen von Raum und Zeit beschrieben, sondern sie werden auf ein Raumzeit-Gitter ähnlich einem Kristallgitter in der Festkörperphysik übertragen." Wittig zufolge ist die Gitter-Quantenchromodynamik eine der erfolgversprechendsten Methoden, um experimentelle Entdeckungen über die Eigenschaften von subatomaren Teilchen theoretisch zu überprüfen und zu ergänzen.
Kontakt und Informationen:
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Hartmut Wittig
Theoretische Kernphysik
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel. 06131 39-26808
Fax 06131 39-25474
E-Mail: wittig@kph.uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.kph.uni-mainz.de/T/230.php
http://www.uni-mainz.de/presse/22237.php

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Raumschrott im Fokus
22.05.2018 | Universität Bern

nachricht Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.
18.05.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics