Einsteins relativiteitstheorie gebruiken om supercomputersimulaties met 10.000% te versnellen

Soms, wanneer je een computationele log-jam moet doorbreken, is niet meer kracht nodig, maar een conceptuele doorbraak. En soms komt die doorbraak direct uit het werk van Albert Einstein.

In dit geval is het probleem de simulatie van lasers die plasma's raken - wat een van die baanbrekende gebieden van de natuurkunde is die volgens een 2008 samenvatting van het veld , protontherapie voor de behandeling van kankers, materiaalkarakterisering, stralingsgestuurde chemie, grensbeveiliging door de detectie van explosieven, verdovende middelen en andere gevaarlijke stoffen, en natuurlijk hoogenergetische deeltjesfysica.

Of met andere woorden, desktop deeltjesversnellers .

Maar voordat we versnellers kunnen bouwen die even capabel zijn als de Large Hadron Collider van CERN in het comfort van onze ondergrondse schuilplaatsen , moeten we eerst computers gebruiken om het gedrag van deze zogenaamde laser-plasma versnellers .

Zelfs op 's werelds 17e snelste supercomputer , blijkt dit een enorme opgave te zijn.

En hier komt de doorbraak: natuurkundigen realiseerden zich dat, omdat de laser elektronen op zijn pad versnelt tot bijna de lichtsnelheid, relativistische effecten belangrijk beginnen te worden - dezelfde effecten die voor het eerst werden ontdekt door Albert Einstein.

En als we ons iets herinneren uit A Brief History of Time of zelfs de originele Planet of the Apes, dan is het dat bij snelheden die de snelheid van het licht benaderen, waar de waarnemer staat een enorme impact heeft op wat ze waarnemen - dit is bijvoorbeeld, de reden dat een astronaut die dicht bij de lichtsnelheid reist, veel langzamer veroudert dan de mensen die hij of zij op aarde achterliet.

Voorheen werden alle simulaties van laser-plasmaversnellers uitgevoerd vanuit het perspectief van een fysicus die ergens in de buurt van het experiment stond - met andere woorden, iemand die een superkorte laserpuls ziet reizen op een bijna stationair plasma. Wiskundig gezien is dit erg moeilijk te simuleren - de laser is kort.

Maar wat als we in plaats daarvan het perspectief van het plasma zelf nemen? Nu, ten opzichte van de laser, is het alsof het plasma met bijna lichtsnelheid naar de lichtstraal reist. Vanwege relativistische effecten rekt dit de straal van de laser uit, waardoor deze langer en wiskundig beter te simuleren is.

Voila - de resulterend algoritme is honderden keren sneller dan eerdere pogingen om een ​​laser-plasmaversneller te simuleren.

Volg Mims op Twitter of neem contact met hem op via e-mail .

zich verstoppen