Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schummeln für die perfekte Simulation

18.01.2013
Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena beschreiben das Innere von Neutronensternen

Unsere Erde stirbt – spätestens wenn die Sonne kollabiert. Das wird in etwa sieben Milliarden Jahren der Fall sein. Im All ist Sonnen- und Planetensterben aber alltäglich und unser Sonnensystem besteht zum Teil aus den Überresten.

Am Ende massereicher Sterne, wie es Sonnen sind, stehen oft Neutronensterne. Diese „sterbenden Sterne“ weisen u. a. eine sehr hohe Dichte auf, in der die Atome extrem komprimiert sind. Solche Neutronensterne sind nicht größer als Jena, aber schwerer als unsere Sonne, verdeutlicht der Physiker PD Dr. Axel Maas von der Universität Jena und ergänzt: „Die Atomkerne sitzen dicht an dicht.“ Gegenüber den Atomkernen von Wasser sind die Neutronenstern-Atomkerne so gepackt als stünde ein Bus nur mit Fahrer einem mit 1.000 Personen überfüllten Bus gegenüber. In diesen dicht gepackten Atomkernen wirken verschiedene sogenannte „Kernkräfte“. Sie halten den Neutronenstern zusammen und am „ewigen Leben“ – und seit 35 Jahren sind die starken Kern-Wechselwirkungen eine der größten Herausforderungen der theoretischen Physik.

Axel Maas ist es jetzt gemeinsam mit drei Kollegen von den Unis Jena und Darmstadt gelungen, die starken Kern-Wechselwirkungen erstmals so zu simulieren, dass die typischen Charakteristika eines Neutronensterns erhalten bleiben, aber eine Berechenbarkeit möglich wird. „Es ist die erste Theorie für eine so dichte Packung“, freut sich der Jenaer Physiker. Denn bisher brachen die Simulationen – auch auf den stärksten Rechnern – immer wieder zusammen, wenn man das Innere des Neutronensterns bestimmen wollte. Oder die simulierten Neutronensterne wurden immer kleiner, statt ihre Gestalt zu erhalten. „Diese Simulationen funktionierten nicht, weil es zu viele Atomkerne sind“, erläutert Maas das Problem, dessen Lösung die Physikwelt nun dank der Jenaer Berechnungen wesentlich näher gekommen ist. Dafür haben die Wissenschaftler am Frankfurter Loewe-Hochleistungs-Rechenzentrum so viel gerechnet, dass ein einzelner PC rund 2.500 Jahre dafür gebraucht hätte.

„Das ursprüngliche Problem haben auch wir nicht lösen können“, gibt Axel Maas zu, da Algorithmen diese Simulationen bisher nicht darstellen können. Doch der Jenaer Physiker, der seit 2007 an dieser Fragestellung forscht, und seine Kollegen haben „ein neues qualitatives Level erreicht“. Sie ermittelten in fast einjährigen Forschungen die „erste Theorie für eine so dichte Packung“, sagt Maas, und haben so Kernmaterie simulierbar gemacht. Die Charakteristika des Neutronensterns bleiben bei der Jenaer Methode erhalten, dennoch ist die Berechenbarkeit möglich.
Gelungen ist dieser wesentliche Fortschritt dem Team dadurch, dass es die Kernkräfte intelligent modifiziert und das Stapelproblem der Atome gelöst hat. Dass sie dabei „ein wenig geschummelt haben“, geben die Physiker unumwunden zu. Dennoch, da ist sich Maas sicher: „Wir haben den kleinstmöglichen Umweg gefunden“ und wissen nun, „was relevant ist in der Originalsimulation“.

Nun steht diese neue Überprüfbarkeitsmethode für zahlreiche Fragen und Theorien zu Neutronensternen und sehr dichten Atompackungen zur Verfügung. Maas weiß schon von ersten Forschergruppen, die mit den Jenaer Erkenntnissen arbeiten und darauf aufbauen wollen. Die beteiligten Wissenschaftler sind bereits dabei, die Simulation zu vergrößern und die Ergebnisse zu überprüfen.

Resultate, die es ermöglichen, dem Inneren von Neutronensternen eine Gestalt zu geben.
Bibliographische Angaben:
Axel Maas, Lorenz von Smekal, Björn Wellegehausen, Andreas Wipf: The phase diagram of a gauge theory with fermionic baryons, Physical Review D 86, 111901 (Rapid Communication) (2012). Online ist der Beitrag bereits frei zugänglich unter: http://arxiv.org/abs/1203.5653

Kontakt:
PD Dr. Axel Maas
Theoretisch-Physikalisches Institut der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947124
E-Mail: axel.maas[at]uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/
http://arxiv.org/abs/1203.5653

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht ALMA beginnt Beobachtung der Sonne
18.01.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Magnetische Kraft von einzelnen Antiprotonen mit höchster Genauigkeit bestimmt
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik