天河2號中微子數(shù)值模擬

中微子宇宙學(xué)數(shù)值模擬

張同杰

北京師范大學(xué)天文系

合作單位：

北師大,北大,

CITA,高能所,國防科大

中微子天文和天體物理學(xué)研討會Friday,July10,2015,高能所；2015.10月16日-18日北師大引力會議引力理論與宇宙學(xué)相關(guān)問題學(xué)術(shù)研討會寧波大學(xué)理學(xué)院和北京大學(xué)高能物理研究中心2015年11月26日西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院2015年12月5日德州學(xué)院物電學(xué)院2016年6月17日2015TheNobelPrizeinPhysics/nobel_prizes/physics/TheNobelPrizeinPhysics2015wasawardedjointlytoTakaakiKajitaandArthurB.McDonald“forthediscoveryofneutrinooscillations,whichshowsthatneutrinoshavemass”.羨慕嫉妒hen！中微子Neutrino－粒子物理宇宙學(xué)ForceinnatureCosmicNeutrinoIntheearlytime

Decoupleat1s(around1MeV)afterBigbangT=1.95K<T_CMB=2.73KHistoryofcosmicNeutrino

Effectoncosmology:1.SmoothUniverse;2.PerturbedUniverse(cosmicstructure)S.SuDarkMatters8RemarkableagreementRemarkableprecision(~10%)宇宙組成-中微子neutrino=0.5%--1/1000

-=73%§4%=23%§4%=3%

?0.5%

?0.5%1.Effectonsmoothuniverse牽一發(fā)而動全身DarkEnergyMeasurementBAO--[DEobservables:D(z),H(z)]GalaxyClusterCounting(CL)[DEobservables:D^2(z)/H(z),g(z)]WL-[DEobservables:D(z),g(z)]SN---[DEobservables:D(z)]DEbyH(z)enterObservables;SowhywedonotdirectlymeasureH(Z)?LuminositydistanceVSHubbleparameter

1.TheintegralsmearsoutinformationaboutEoS2.TheintegralmaketheluminositydistancehaveonlyaweakdiscriminatingpowerwithrespecttodifferentpossiblehistoriesofEoS

Maor,

Irit;Brustein,

Ram;Steinhardt,

Paul

J.Phys.Rev.Lett.86,6–9(2001)

HubbleParameterCosmologyHubble參量宇宙學(xué)-HubbleParameterCosmologyorH(z)Cosmology

H(z)--theobservationalHubbleparameterdata(OHD)UpdatedSamples-11+8new=19SDSS數(shù)據(jù)—最新結(jié)果4個點

CongZhangetal

2014RAA.

141221doi:10.1088/1674-4527/14/10/002增加至28個OHD

Realdata:已有的最全的數(shù)據(jù)表

Xiao-LeiMengTong-JieZhang(arXiv:1507.02517)

2.EffectoncosmicstructureFree-streamingscaleSuppressionofMassiveneutrinosonmatterpowerspectrumSuppressionofMassiveneutrinosontheWeaklensingConvergencepowerspectrum

Effectonstructure插曲:TheoryBackground

forSLEffect

Anygravity(不需要愛因斯坦)

Metric:Homogeneousandisotropic----FRWexpandingUniverseSource:NopeculiarvelocityComovingcoordinatedr=0GlobalScalefactor:a(t,orz)(Cosmological)(Secular)RedshiftDrift

Sandage-Loeb(SL)effect(Apparent)accelerationTimebaseline:t_0(5年或者10年)

RedshiftDrift

AbsorptionlineofLyaforestinQSOs

RedshiftDriftextended

CODEX-likeYuan,

Shuo;Zhang,

Tong-JieJCAPIssue02,articleid.025,pp.(2015).(arXiv:1311.1583)

Results

MagnitudeEstimation:~mm/s/yr

LCDMcosmology:z=4,\deltt_0=10yr\deltz=10^(-9),\deltV=6cm/s

Systematiceffect:PhysicalandObservational1.Observer’sproperacceleration:solarsystembarycenteracceleratetowardgalacticcenter(Local)PulsartimingintheGalacticframe(Cosmic)Extra-galacticradiosource’spropermotion~0.7cm/s/yr2.thepeculiarmotion（下面）

宇宙加速膨脹宇宙加速膨脹宇宙減速膨脹宇宙減速膨脹FutureChallengeLongertimebaseline;higherredshift;largerapertures;higherS/NorlargersampleSKA,FAST,Tianlai,21CMA,CHIME觀測要求:(1).Spectralresolution:<340m/s=<800Hz(2).Frequencystability~10^{-11}over10yr上海天文臺65米射電望遠鏡ModewindowsbandwidthchannelsspectralresolutionMininttime(MHz)(KHz)(msec)mode11150010241464.80.5mode315001638430.5172mode41187.5327685.72210FAST7套70-3000(3G)1SKA70-10000(10G)觀測可能性？Real-timeobs--directcosmicacceleration!

1420MHz789MHz406MHz355MHz亮點(Highlights)文章PRL主編推薦為亮點(Highlights)文章：Editors’suggestion+FeaturedinPhysics文章；Synopsis美國物理學(xué)會網(wǎng)站的封面(cover)文章對此做了專題介紹(Synopsis:/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.113.041303)；

歐洲核子研究中心(CERN)快報插曲結(jié)束-回來

我們的早期研究-2008--20121.Darkenergyandneutrinomassconstraintsfromweaklensing,supernova,andrelativegalaxyagesAuthors:YanGong,Tong-JieZhang,TianLan,Xue-LeiChen

arXiv:0810.3572

2.ObservationalconstraintsoncosmicneutrinosanddarkenergyrevisitedAuthors:

Wang,

Xin;Meng,

Xiao-Lei;Zhang,

Tong-Jie;Shan,

HuanYuan;Gong,

Yan;Tao,

Charling;Chen,

Xuelei;Huang,

Y.

F.JournalofCosmologyandAstroparticlePhysics,Issue11,articleid.018(2012).

NeutrinoexperimentssolaratmosphericreactoracceleratorneutrinobeamsCosmologicalobservationandchallange

PLANKSum_M_nu<0.194eV95%c.l.

Masshierarchy;Absolutemass???天河2超級計算機-Tianhe-2(TH2)天河2號Milky

Way-2“天河二號”超級計算機-性能世界上最快的計算機，持續(xù)計算速度為3.39億億(10^8*10^8)次/秒，5.49億億次/秒的峰值浮點運算速度、1.4P的內(nèi)存、12.4P的硬盤存儲和16000個節(jié)點（超過300萬個Intel計算核）的高性能，曾經(jīng)連續(xù)6次登上國際TOP500組織公布的最新全球超級計算機500強排行榜榜首。美國總統(tǒng)奧巴馬簽署一項行政命令，要求美國在2025年造出世界上最快的計算機，計算速度達到每秒100億億次(30倍)。

中心主任及其所領(lǐng)導(dǎo)的核心人員團隊技術(shù)咨詢委員會理事會組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、研發(fā)、政府、金融用戶群材料科學(xué)與工程計算生物計算與個性化醫(yī)療裝備的全數(shù)字設(shè)計與制造能源相關(guān)技術(shù)及數(shù)字化設(shè)計智慧城市－電子政務(wù)、教育、醫(yī)療、金融宇宙、天文、地球科學(xué)與環(huán)境工程計算綜合服務(wù)團隊（綜合部、市場部）（科研、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)化、國際合作、行政）信息技術(shù)使能團隊（系統(tǒng)部、工程部、研發(fā)部、培訓(xùn)部）（超級計算、大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)支撐、培訓(xùn)）宇宙幽靈計劃(cosmicghostproject)精確宇宙學(xué)中微子數(shù)值模擬研究團隊：1.北師大天文系和北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所張同杰，于浩然博士后，袁碩博士2.國防科技大學(xué)和廣州超算中心張理論教授和盧宇彤教授等3.加拿大理論天體物理研究所(CITA)Ue-LiPen教授及其博士后。4.中國科學(xué)院高能物理研究所中微子理論物理學(xué)家刑志忠研究員

研究計劃：利用N體數(shù)值模擬程序cubep3m在“天河二號”上運行3萬億（10^12）粒子數(shù)的國際上粒子數(shù)最多的宇宙學(xué)數(shù)值模擬－世界領(lǐng)先。“天河計算神功，捕捉宇宙幽靈”-N-bodysimulation-TianNu(天牛)高能所支持達成協(xié)議2014年-測試1年

天河2-超算4連冠-2014年11月2015春節(jié)前-實施計算14,000nodes(節(jié)點)，24CPUcores(核)/node

13824nodes(14000)=331776CPUcoresN_nu+N_DM(1/8N_nu)=N粒子數(shù)N=3Trillion(萬億)-世界紀錄1.5Trillion

M_nu=3X10^5solarmass;M_DM=7X10^8solarmass;科學(xué)目的：壓低Possion噪聲主要參數(shù)Boxsize:1.2Gpc(2/