Ciencia

Gracias a los superordenadores logran calcular la esperanza de vida de los neutrones

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Científicos estadounidenses han calculado el acoplamiento axial del neutrón, un dato clave sobre la expectativa de vida útil de estas partículas, usando los suerpordenadores más potentes de su país.

El acoplamiento axial del neutrón un proceso importante en la física nuclear que rige la desintegración beta nuclear, o el proceso por el cual el neutrón se descompone en un protón, un electrón y un neutrino.

El cálculo del equipo (que es g_A = 1.271 + – 0.013) tiene una precisión innovadora. Los métodos utilizados para este cálculo podrían permitir que los campos relacionados con la física nuclear, como la energía nuclear y la investigación de detección de armas nucleares, sean más cuantitativos. Estas áreas de investigación actualmente se basan en modelos cualitativos que se centran en suposiciones no comprobadas, pero el nuevo cálculo muestra que un día podrían ser posibles predicciones más precisas.

La investigadora Amy Nicholson, profesora asistente en el Departamento de Física y Astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de UNC-Chapel Hill, es autora principal del artículo sobre este trabajo, que se publica en la edición de este miércoles de la revista ‘Nature’. «Este cálculo representa un punto de inflexión para la física nuclear», afirma Nicholson.

«Las incertidumbres teóricas sobre el cálculo del acoplamiento axial nucleón han demostrado ser frustrantemente difíciles de controlar, pero ahora que hemos demostrado que estos métodos se pueden aplicar con fiabilidad, la física nuclear puede entrar en una era más cuantitativa. La capacidad de predecir con precisión las propiedades de los núcleos atómicos de la teoría puede permitirnos acceder a información que no está disponible a través de la experimentación directa», explica.

Nicholson y sus colegas calcularon el acoplamiento axial del neutrón, que indica la fuerza de las interacciones entre protones y neutrones (los constituyentes básicos de todos los núcleos atómicos), así como la vida útil del neutrón.

Para lograr este trabajo, el equipo simuló un universo microscópico para proporcionar una ventana al mundo subatómico, utilizando la supercomputadora Titan en la Instalación de Computación de Liderazgo Oak Ridge en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, así como en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. El estudio involucró a científicos de más de una docena de instituciones, incluyendo UNC-Chapel Hill, la Universidad de California en Berkeley y los laboratorios nacionales del Departamento de Energía de Estados Unidos.

Muchos grupos han estado tratando de calcular esta cantidad durante años y no han podido controlar por completo las incertidumbres. Se estimó que el uso de recursos informáticos de próxima generación podría permitir un cálculo del acoplamiento axial con una precisión del 2 por ciento para 2020. En lugar de eso, utilizando una nueva estrategia matemática y la potencia informática actual, los investigadores calcularon con éxito dentro del 1 por ciento de incertidumbre.

Los cálculos de acoplamiento axial usaron alrededor de 184 millones de «horas-Titan» de potencia de cálculo: un procesador de computadora estándar necesitaría aproximadamente 75.000 años para trabajar a través del mismo conjunto de cálculos. El campo de investigación de Nicholson, llamado «QCD de celosía», comenzó en la década de 1970 y cuenta con aproximadamente mil practicantes en todo el mundo. Lattice QCD significa «celosía de crominámica cuántica». Se han necesitado décadas de avances simultáneos en teorías, técnicas, algoritmos y hardware para llegar a este punto.

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