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Usare la relatività di Einstein per velocizzare le simulazioni al supercomputer del 10.000%
A volte, quando hai bisogno di rompere un ingorgo computazionale, ciò che è richiesto non è più potenza, ma una svolta concettuale. E a volte questa svolta arriva direttamente dal lavoro di Albert Einstein.
In questo caso, il problema è la simulazione di laser che colpiscono plasmi - che è una di quelle aree all'avanguardia della fisica che potrebbero portare, secondo un Riepilogo 2008 del campo , terapia protonica per il trattamento dei tumori, caratterizzazione dei materiali, chimica guidata dalle radiazioni, sicurezza delle frontiere attraverso il rilevamento di esplosivi, narcotici e altre sostanze pericolose e, naturalmente, fisica delle particelle ad alta energia.
O in altre parole, acceleratori di particelle desktop .
Ma prima di poter costruire acceleratori capaci come il Large Hadron Collider del CERN nel comfort delle nostre tane sotterranee , dobbiamo prima usare i computer per modellare il comportamento di questi cosiddetti acceleratori laser-plasma .
Persino su il 17° supercomputer più veloce al mondo , questo risulta essere un compito titanico.
E qui arriva la svolta: i fisici si sono resi conto che poiché il laser sta accelerando gli elettroni nel suo percorso quasi alla velocità della luce, gli effetti relativistici iniziano a essere un grosso problema - gli stessi effetti scoperti per la prima volta da Albert Einstein.
E se ricordiamo qualcosa da A Brief History of Time o anche dall'originale Planet of the Apes, è che a velocità che si avvicinano alla velocità della luce, dove si trova l'osservatore ha un enorme impatto su ciò che percepisce - questo è, ad esempio, il motivo per cui un astronauta che viaggia vicino alla velocità della luce invecchierebbe molto più lentamente delle persone che ha lasciato sulla terra.
In precedenza, tutte le simulazioni di acceleratori laser-plasma venivano eseguite dal punto di vista di un fisico che si trovava da qualche parte nelle vicinanze dell'esperimento, in altre parole, qualcuno che vede un impulso laser super corto viaggiare in un plasma quasi stazionario. Matematicamente, questo è molto difficile da simulare: il laser è breve.
Ma cosa succede se, invece, prendiamo la prospettiva del plasma stesso? Ora, rispetto al laser, è come se il plasma viaggiasse verso il raggio di luce a una velocità vicina a quella della luce. A causa degli effetti relativistici, questo allunga il raggio del laser, rendendolo più lungo e matematicamente più trattabile da simulare.
Voilà - il algoritmo risultante è centinaia di volte più veloce rispetto ai precedenti tentativi di simulare un acceleratore laser-plasma.
