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Investigadores de España e Italia miden la longitud de coherencia en vidrios gracias al superordenador JANUS

Janus II FPGA modulosuso del superordenador JANUS ha permitido a los investigadores reproducir el protocolo experimental de dinámicas de equilibrio en vidrios de espín. El éxito de la simulación permite así conectar los desarrollos teóricos físicos con los experimentales mediante esta nueva generación de ordenadores.

Una característica común de determinados sistemas tales como los polímeros, líquidos superenfriados, coloides o vidrios de espín es que necesitan tiempos muy altos para llegar al equilibrio. Están determinados por una dinámica muy lenta a bajas temperaturas. De hecho, su dinámica es tan lenta que el equilibrio térmico nunca se alcanza en muestras macroscópicas. Este tipo de dinámicas se caracteriza mediante una longitud de coherencia o de correlación que nos indica que partículas situadas a una distancia menor que esta longitud están muy correlacionadas.

Los físicos teóricos son capaces de calcular esta longitud de correlación (microscópica) simulando en un superordenador un gran número de partículas y siguiendo el comportamiento individual de todas las partículas. Este tipo de estudios no se pueden llevar a cabo experimentalmente (es imposible seguir la pista a todas las partículas del sistema), pero sí es posible calcular una longitud de correlación (macroscópica) mediante la aplicación de campos externos sobre el sistema que modifican las barreras de energía entre los diferentes estados.

Investigadores de España e Italia (Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza, Universidad Complutense de Madrid, Universidad de Extremadura, Università degli Studi di Roma "La Sapienza" y Università di Ferrara), gracias al superordenador JANUS II, han refinado el cálculo de la longitud de correlación microscópica y han reproducido el protocolo experimental, lo que les ha permitido calcular la longitud macroscópica. El éxito de la simulación ha confirmado que tanto la longitud microscópica como la experimental (macroscópica) son iguales.  

“Esta investigación proporciona una base teórica a los estudios en estos sistemas físicos y los resultados obtenidos permiten conectar fuertemente los desarrollos teóricos con los experimentales. Hemos realizado la investigación tomando como referencia los vidrios de espín porque son más limpios de estudiar como sistema de referencia”, explica Juan Jesús Ruiz Lorenzo, físico teórico en la UEx y uno de los autores de esta investigación que ha sido publicada en la revista Physical Review Letter. 

Ordenador JANUS

El ordenador JANUS II es un superordenador de nueva generación ubicado en BIFI. “Gracias a este ordenador “dedicado” somos capaces de simular un segundo del experimento, ya en el rango de los tiempos experimentales”, describe Juan Jesús Ruiz Lorenzo.  JANUS II es un superordenador dedicado basado en procesadores FPGA reconfigurables. 

Los investigadores han reproducido en los superordenadores Janus I y Janus II un experimento de hito que mide la longitud de coherencia en vidrios de espín. El valor de la longitud de coherencia (correlación) estimada mediante el análisis de funciones de correlación microscópicas resulta cuantitativamente consistente con su medición a través de funciones de respuesta macroscópicas. 

Referencia:

M. Baity-Jesi, E. Calore, A. Cruz, L. A. Fernandez, J. M. Gil-Narvion, A. Gordillo-Guerrero, D. Iñiguez, A. Maiorano, E. Marinari, V. Martin-Mayor, J. Monforte-Garcia, A. Muñoz-Sudupe, D. Navarro, G. Parisi, S. Perez-Gaviro, F. Ricci-Tersenghi, J. J. Ruiz-Lorenzo, S. F. Schifano, B. Seoane, A. Tarancon, R. Tripiccione, and D. Yllanes (Janus Collaboration). “Matching Microscopic and Macroscopic Responses in Glasses” Phys. Rev. Lett. 118, 157202 – Published 13 April 2017

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