超級計算機(jī)有助于伽馬射線生成研究的新穎模擬

雖然中子星自然產(chǎn)生強(qiáng)磁場，但研究人員多年來一直在努力實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果。加州大學(xué)圣地亞哥分校機(jī)械和航空航天工程專業(yè)的研究生王濤最近展示了一種極強(qiáng)的磁場，類似于中子星表面的磁場，不僅可以生成，而且可以使用固體材料內(nèi)的X射線激光進(jìn)行檢測。

Wang在圣地亞哥超級計算機(jī)中心(SDSC)的Comet超級計算機(jī)以及德克薩斯高級計算中心(TACC)的Stampede和Stampede2上進(jìn)行了模擬，進(jìn)行了他的研究。所有資源都是國家科學(xué)基金會計劃的一部分，稱為極端科學(xué)和工程發(fā)現(xiàn)環(huán)境(XSEDE)。

“王的研究結(jié)果對于我們最近發(fā)表的研究的總體目標(biāo)至關(guān)重要，該研究的基本理解是如何激發(fā)極端強(qiáng)度的多個激光束如何與物質(zhì)相互作用，”加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程教授Alex Arefiev說。 。

Wang，Arefiev及其同事使用多個大型三維模擬，遠(yuǎn)程可視化和數(shù)據(jù)后處理來完成他們的研究，這表明強(qiáng)激光脈沖由于其相對論的強(qiáng)度而能夠傳播到致密材料中。

換句話說，隨著電子的速度接近光速，它們的質(zhì)量變得很重，以至于目標(biāo)變得透明。由于透明性，激光脈沖推動電子形成強(qiáng)磁場。這種強(qiáng)度與中子星表面的強(qiáng)度相當(dāng)，中子星的表面強(qiáng)度至少比地球磁場強(qiáng)1億倍，比超導(dǎo)磁場強(qiáng)大約一千倍。

該研究結(jié)果發(fā)表在一篇題為“通過XFEL光束的法拉第旋轉(zhuǎn)檢測Megatesla級磁場的結(jié)構(gòu)化目標(biāo)” 的物理學(xué)等離子期刊文章中。

“現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了這項(xiàng)研究，我們正在研究如何在一種稱為歐洲X射線自由電子激光器(XFEL)的獨(dú)一無二的設(shè)施中探測這種類型的磁場，該設(shè)施包括3.4公里 - 加速器產(chǎn)生極其強(qiáng)烈的X射線閃光，供我們團(tuán)隊等研究人員使用，“Arefiev解釋道。

歐洲XFEL位于德國Schenefeld，是Toma Toncian的工作場所，負(fù)責(zé)高能量密度儀器的Helmholtz International Beamline for Extreme Fields的項(xiàng)目組建設(shè)。他也是最近發(fā)表的研究的合著者。

“加州大學(xué)圣地亞哥分校和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf之間非常富有成效的合作正在為未來的高影響實(shí)驗(yàn)鋪平道路，”Toncian說。“當(dāng)我們現(xiàn)在從建筑到調(diào)試和第一次實(shí)驗(yàn)時，王濤的理論預(yù)測是及時的，并告訴我們?nèi)绾芜M(jìn)一步發(fā)展和充分利用我們儀器的能力。”

根據(jù)羅徹斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家和該論文的共同作者，Mingsheng Wei說，“在模擬工作中探索的創(chuàng)新微通道目標(biāo)設(shè)計可以用新型低密度聚合物泡沫材料來證明。這只比微結(jié)構(gòu)管中的干燥空氣重幾倍。“

“因?yàn)槲覀兪褂肵FEL進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常大，我們的研究在常規(guī)桌面上是不可能的 - 我們不能在不使用XSEDE超級計算機(jī)的情況下完成這項(xiàng)研究，”Arefiev說。“我們也非常感謝空軍科學(xué)研究辦公室使這個項(xiàng)目成為可能。”

Arefiev表示，他們團(tuán)隊的超級計算機(jī)使用工作依賴于SDSC高級可視化科學(xué)家Amit Chourasia的指導(dǎo)，他幫助為研究人員建立了遠(yuǎn)程并行可視化工具。

“與研究小組合作并為他們配備強(qiáng)大的方法，工具和執(zhí)行計劃，以及借助HPC和可視化加速推動他們的研究，我們很高興能夠發(fā)揮作用在啟用新發(fā)現(xiàn)時，“Chourasia說。