Die fortschrittlichen Computerdienste von FCT ermöglichen die Herausforderung klassischer Gesetze der statistischen Physik

Die Forscher Luís Oliveira e Silva, Thales Silva und Pablo Bilbao (Doktorand) vom Institut für Plasmen und Kernfusion, einer Forschungseinheit des Instituto Superior Técnico, entdeckten bisher unbekannte Eigenschaften in Plasmen, die sich bei Einwirkung ultraintensiver Magnetfelder mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die im Wissenschaftsjournal Science Advances veröffentlichte Entdeckung könnte dazu beitragen, den Ursprung der in Neutronensternen beobachteten Radioemissionen zu erklären.

Für diese Entdeckung, die die klassischen Gesetze der statistischen Physik in Frage stellt, nutzten die Forscher fortschrittliche Computerdienste, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft von der Foundation for Science and Technology (FCT) über ihre Einheit für digitale Dienste, FCCN, zur Verfügung gestellt werden.

Die Fähigkeit, anspruchsvolle numerische Simulationen durchzuführen und große Datenmengen mit hoher Leistung zu verarbeiten – Aufgaben, die derzeit durch den Supercomputer Deucalion möglich sind – erwies sich als entscheidend für den Erfolg dieser Forschung. Das Forschungsteam betont die entscheidende Bedeutung dieser Ressourcen für das Erreichen der Ergebnisse.

„Die gemeldete Entdeckung untersucht das nichtlineare Verhalten des Plasmas und die theoretische Vorhersage kann nur mit groß angelegten numerischen Simulationen eindeutig nachgewiesen werden“, erklärt Projektkoordinator Luís Oliveira e Silva. „Ohne diese Simulationen hätte die Entdeckung nicht bestätigt werden können. In unserer Arbeit handelt es sich bei den Simulationen um authentische numerische Experimente, und ohne die Advanced Computing-Ressourcen des FCT wären diese numerischen Experimente nicht möglich“, fügt er hinzu.

Pablo Bilbao, ein Forscher des Teams, betont auch die Einschränkungen, die ohne den Zugang zu modernen Computern entstehen würden: „Ohne die modernen Computerressourcen am FCT hätten wir nur den Anfang des Prozesses untersuchen können, wo die Theorie noch vorhersagen kann, was passiert. Dank groß angelegter Simulationen konnten wir jedoch viel weiter gehen – und so entstand schließlich das neue Phänomen. Ohne diesen Zugang wäre diese Entdeckung schlicht nicht möglich gewesen.“

Neben den Rechenressourcen selbst hebt das Team auch die effektive Zusammenarbeit mit den technischen Diensten des FCCN hervor: „Wir möchten dem FCCN-Team, insbesondere Advanced Computing Services und Deucalion, unseren herzlichen Dank für die uns zur Verfügung gestellten Ressourcen und die technische und administrative Unterstützung während des gesamten Projekts aussprechen. Diese Unterstützung war entscheidend für die optimale Nutzung der bereitgestellten Ressourcen“, so Thales Silva.

Luís Oliveira e Silva betont auch die Bedeutung fortschrittlicher Computertechnik für die Wettbewerbsfähigkeit der nationalen Forschung: „In unserer Arbeit spielen numerische Simulationen eine zentrale Rolle. Sie bilden das wissenschaftliche Instrument zur Überprüfung unserer Ideen und Theorien. Ohne die fortschrittlichen Rechenressourcen des FCT wären wir nicht in der Lage, international wettbewerbsfähige Arbeiten durchzuführen. Mit entsprechender und engerer technischer Unterstützung lässt sich die Arbeit deutlich beschleunigen. Dadurch stehen wir an der Spitze der Forschung zu astrophysikalischen Plasmen und können mit den weltweit besten Gruppen auf diesem Gebiet konkurrieren.“

Deucalion ist Teil des Netzwerks europäischer Supercomputer des gemeinsamen Unternehmens EuroHPC und steht der Forschungs- und Innovationsgemeinschaft zur Verfügung. Dies ist ein Gemeinschaftsprojekt des FCT, das über das FCCN und die europäische Partnerschaft EuroHPC entwickelt und durch die Investition RE-C05-i08 „Ciência Mais Digital“ des Wiederaufbau- und Resilienzplans (PRR) finanziert wird. Dieser Supercomputer kann eine Hochleistungs-Linpack-Leistung (HPL) von 3,9 Petaflops erreichen.

Bildhinweis: In diesen Szenarien sind die Elektronen in einem Ring angeordnet, in dem, was Physiker Impulsraum nennen – eine Möglichkeit, die Geschwindigkeit von Teilchen statt ihrer Position zu visualisieren. Der Ring weist darauf hin, dass alle Elektronen nahezu die gleiche Energie besitzen. Dies ist ein besonderer Zustand, der in magnetisierten Plasmen auftritt und die Instabilität auslösen kann, die zu Ausbrüchen kohärenter Radiowellen führt. Bildnachweis: Pablo Bilbao, GoLP/IPFN/IST