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 Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Stabile Quantenbits
08.12.2017 | Universität Konstanz

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: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

11.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Jenaer Wissenschaftler für Prostatakrebs-Forschung ausgezeichnet

11.12.2017 | Förderungen Preise

Der Buche in die Gene schauen - Vollständiges Genom der Rotbuche entschlüsselt

11.12.2017 | Biowissenschaften Chemie