布鲁克海文国家实验室 美国国家能源研究科学计算中心的柯里超级计算机，是美国能源部科学办公室在美国能源部劳伦斯柏克莱国家实验室的用户设备
学分:劳伦斯·伯克利国家实验室 理论物理学家的国际合作——包括来自美国的科学家
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美国能源部布鲁克海文国家实验室(BNL)和瑞典BNL研究中心(RBRC)发表了一项新的计算，该计算与寻找宇宙中物质优于反物质的解释有关
这项合作被称为RBC-UKCD，还包括来自欧洲粒子物理研究所(欧洲粒子物理实验室)、哥伦比亚大学、康涅狄格大学、爱丁堡大学、麻省理工学院、雷根斯堡大学和南安普敦大学的科学家
他们在《物理评论D》杂志上发表的一篇论文中描述了他们的结果，并被强调为“编辑的建议”
" 1963年，在布鲁克海文实验室进行的一项诺贝尔奖获奖实验中，科学家们在研究名为kaons的亚原子粒子衰变时，首次观察到物质和反物质行为的微小差异——这种差异被称为违反“CP对称性”
虽然粒子物理的标准模型在那之后很快就拼凑起来了，但是由于所需计算的复杂性，理解在kaon衰变中观察到的CP破坏是否与标准模型一致被证明是难以捉摸的
新的计算对kaons衰变为一对带电π介子的可能性给出了更精确的预测
一对中性π介子
了解这些衰变，并将预测结果与欧洲粒子物理研究所和美国能源部费米国家加速器实验室的最新实验测量结果进行比较，为科学家提供了一种测试物质和反物质之间微小差异的方法，并寻找标准模型无法解释的效应
这一新的计算方法与2015年发表在《物理评论快报》上的该小组之前的结果相比有了显著的改进
基于标准模型，它给出了一个与实验测量结果一致的kaon衰变中“直接CP对称性破坏”的数值范围
这意味着，据我们所知，观测到的阴极保护违规现在可以用标准模型来解释，但是预测的不确定性需要进一步改进，因为也有机会揭示超出当前理论对我们世界描述的任何物质/反物质不对称的来源
“标准模型的更精确的理论计算可能还在实验测量范围之外
布鲁克海文实验室的理论家阿玛吉特·索尼说:“因此，我们继续进步，完善我们的计算，以便我们能够对我们的基本理解提供更强有力的测试，这是非常重要的。”
物质/反物质失衡 哥伦比亚大学的诺曼·克里斯特说:“物质和反物质之间的差异已经成为现代宇宙理论的一部分。”
“我们目前的理解是，现在的宇宙是由几乎等量的物质和反物质创造的
除了这里研究的微小效应之外，物质和反物质在任何方面都应该是相同的，超越了传统的选择，比如给一个粒子分配负电荷，给它的反粒子分配正电荷
这两种粒子在运行方式上的一些差异一定会使天平偏向物质而不是反物质，”他说
“迄今为止观察到的任何物质和反物质的差异都太弱，不足以解释在我们当前的宇宙中发现的物质的优势，”他继续说道
“在实验观察和基于标准模型的预测之间找到一个显著的差异，将有可能指出超出我们目前理解的粒子相互作用的新机制——我们希望找到这种机制来帮助解释这种不平衡。”
" 使用世界上最快的超级计算机进行的一项新计算使科学家能够更准确地预测两种kaon衰变途径的可能性，并将这些预测与实验测量进行比较
对物质和反物质之间微小差异的对比测试表明，凭借更强的计算能力和其他改进，标准模型无法解释物理现象
学分:布鲁克海文国家实验室 模拟夸克相互作用 所有显示物质和反物质之间差异的实验都涉及由夸克组成的粒子，夸克是通过强大的力结合形成质子、中子和原子核的亚原子构件，还有不太常见的粒子，如kaons和pions
布鲁克海文国家实验室的克里斯托弗·凯利解释说:“每一个kaon和pion都是由一个夸克和一个反夸克组成的，被一团虚拟的夸克-反夸克对包围着，并被称为胶子的力载体束缚在一起。”
因此，基于标准模型对这些粒子行为的计算必须包括夸克和胶子的所有可能的相互作用，正如现代强相互作用理论所描述的那样，这种理论被称为量子色动力学
此外，这些束缚粒子以接近光速的速度运动
这意味着计算还必须包括相对论和量子理论的原理，它们控制着这种接近光速的粒子相互作用
哥伦比亚大学的王天乐指出:“由于涉及到大量的变量，这些是所有物理学中最复杂的计算。”
计算挑战 为了克服这一挑战，理论家们使用了一种叫做晶格QCD的计算方法，它将粒子“放置”在四维时空晶格上(三维空间加上时间)
这个盒状晶格允许他们绘制出所有可能的量子路径，让最初的kaon衰变为最后的两个π介子
随着格点数量的增加，结果变得更加精确
王指出，这里报告的计算“费曼积分”涉及对6700万个变量进行积分！ 这些复杂的计算是通过使用尖端的超级计算机完成的
这项工作的第一部分是在位于美国、日本和英国的超级计算机上产生最可能的夸克和胶子场的样本或快照
提取实际kaon衰变振幅的第二步也是最复杂的一步是在国家能源研究科学计算中心进行的，该中心是美国能源部科学办公室在美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室的用户设施
但是用最快的电脑是不够的；即使在这些计算机上，当使用由作者开发的高度优化的计算机代码时，这些计算仍然是可能的
凯利说:“仅仅通过进行更多的计算是无法显著提高我们结果的精度的。”
“相反，为了加强我们对标准模型的测试，我们现在必须克服一些更基本的理论挑战
我们的合作已经在解决这些问题上取得了重大进展，加上计算技术的改进和近期能源部超级计算机的能力，我们预计在未来三到五年内取得更好的结果
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