Uusia projekteja laskennallisen tieteen suuriin haasteisiin
CSC hyväksyi kevään 2015 Grand Challenge -resurssien haussa kahdeksan tutkimusprojektia. Grand Challenge -projektit ovat huipputasoista tutkimusta, jossa tarvitaan huomattavan suurta laskenta- tai dataresurssikiintiötä tai palvelutasoa. Jokainen hyväksytty GC-projekti saa CSC:ltä oman tukityhmän.
Virusten rakenteiden määrittely kryo-EMin avulla
Päätutkija Sarah Butcher, Helsingin yliopisto: 12 000 000 laskentaydintuntia (ly)
Tutkimuksessa selvitetään aitotumaisten eli eukaryoottisten virusten (ihmisen parechovirusten, enterovirusten ja noroviruksen) kolmiulotteista rakennetta. Tuloksia voidaan hyödyntää rakennepohjaisessa lääkeainekehityksessä.
Tarkkaa tietoa ATP-hydrolyysissa vapautuvasta energiasta QM/MM-simulaatioiden avulla
Päätutkija Gerrit Groenhof, Jyväskylän yliopisto: 19 000 000 ly
Projektissa tutkitaan laskennallisesti raskaiden kavanttimekaniikan (QM) ja molekyylimekaniikan (MM) menetelmien avulla adenosiinitrifosfaatin eli ATP:n hydrolyysissä vapautuvaa energiaa. ATP-hydrolyysi on avainasemassa monien entsyymien mekanismeissa. Projektissa käytetään tietokonesimulointeja tämän prosessin tutkimiseen proteiineissa, jotka käyttävät ATP:tä kuljettamaan vitamiineja solukalvoilla.
Perovskiittipohjaisten valosähköisten materiaalien sähköiset ja optiset ominaisuudet
Päätutkija Mikko Hakala, Helsingin yliopisto: 19 000 000 ly
Viime vuosina perovskiittipohjaiset valosähköiset materiaalit ovat nousseet yhdeksi lupaavimmista vaihtoehdoista edullisten ja tehokkaiden aurinkokennojen valmistamiseen. Näiden monimutkaisten materiaalien ominaisuuksien ja fysiikan kokonaisvaltaisessa ymmärtämisessä on kuitenkin vielä haasteita, joihin laskennallisen tieteen keinoin voidaan saada vastauksia.
Enterovirusten tunnistamisen molekyylitason mekanismit kohdespesifisillä hydrofobisilla vuorovaikutuksilla
Päätutkija Hannu Häkkinen, Jyväskylän yliopisto: 25 000 000 ly
Projektissa tutkitaan atomistisen molekyylidynamiikan keinoin lääkeainemolekyylien ja niiden johdannaisten sitoutumista enteroviruksiin. Simulaatiot tulevat antamaan uutta molekyylitason tietoa EV1- ja CVB3-virusten proteiinivaipan dynamiikasta ja erityisesti viruksen ja lääkeainemolekyylien hydrofobisten vuorovaikutusten mekanismeista. Tuloksia voidaan käyttää suunniteltaessa ja testattaessa uusia ligandimolekyylejä virusten rakennetutkimuksessa ja virusten manipuloinnissa.
Planck 2016 -data-analyysi
Päätutkija Hannu Kurki-Suonio, Helsingin yliopisto: 20 000 000 ly
Planck on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) avaruustutkimusasema, joka kartoittaa kosmista taustasäteilyä (Cosmic microwave background, CMB) ennennäkemättömällä tarkkuudella. Kosminen taustasäteily on alkuräjähdyksestä peräisin olevaa mikroaaltosäteilyä, joka paljastaa meille varhaisen universumin rakenteen. Tässä tutkimuksessa mm. jatketaan Planck-satelliitin keräämän datan analysointia Monte Carlo -simulointien avulla.
Puolijohteen modifikaation vaikutus varauksen siirtoon molekyylien ja puolijohdepintojen rajapinnoissa
Päätutkijat Kari Laasonen ja Martti Puska, Aalto-yliopisto: 12 000 000 ly
Orgaanisten molekyylien ja puolijohdepintojen rajapinnat ovat mielenkiintoisia mm. valosähköisessä ilmiössä, valokatalyysissä ja ohutkalvoteknologiassa. Projektissa tutkitaan kvanttimekaanisilla simulaatioilla kuinka puolijohteessa olevat epäpuhtaudet vaikuttavat rajapinnan virittyneisiin elektronitiloihin sekä niihin liittyvään varauksen siirtoon.
Systemaattinen teknivärimallisimulaatio
Päätutkija Kari Rummukainen, Helsingin yliopisto: 24 000 000 ly
Hiukkasfysiikan teorioiden numeerisia simulaatioita on käytetty jo useiden vuosien ajan hyvällä menestyksellä hiukkasfysiikan standardimallin tutkimukseen. Tässä projektissa simulaatiomenetelmiä sovelletaan uuteen ongelmakenttään, teknivärimalleihin, jotka ovat yksi suosituimmista standardimallin laajennuksista. Standardimallin laajennusten etsiminen onkin CERNissä juuri uudestaan käynnistetyn LHC-hiukkaskiihdyttimen päätavoitteita. Teknivärimalleissa muun muassa Higgsin hiukkanen ei ole fundamentaalinen, vaan se on kahden uudenlaisen "teknihiukkasen" sidottu tila. Näiden mallien fysiikka on olellisesti ei-häiriöteoreettista, minkä vuoksi tietokonesimulaatiot ovat ainoa luotettava keino saada tietoa useista mallien keskeisistä ilmiöistä. Simulaatiot ovat siis tärkeitä mm. LHC:n tulosten analyysin kannalta.
Törmäyksettömien shokkiaaltojen globaaleja kineettisiä simulaatioita Vlasiatorilla
Päätutkija Rami Vainio, Turun yliopisto: 25 000 000 ly
Projektissa keskitytään yhteen avaruusplasmafysiikan keskeiseen haasteiseen: törmäyksettömien shokkiaaltojen muodostumiseen ja kehitykseen. Harvoissa avaruusplasmoissa hiukkastörmäyksiä ei tapahdu, vaan vuorovaikutukset tapahtuvat sähkömagneettisen kentän välityksellä. Tästä syystä shokkiaallot ovat huomattavasti monimutkaisempia ja laajempia systeemejä kuin neutraaleissa kaasuissa. Tutkimus keskittyy erityisesti vuosikymmeniä avoinna olleeseen kysymykseen Maan magnetosfäärissä, sen keulashokilla sekä niiden välialueessa havaittujen 30 sekunnin aaltojen luonteesta ja ominaisuuksista, sekä niiden toistaiseksi tunnistamattomiin interplanetaaristen shokkien vastinilmiöihin. Tutkimuksessa hyödynnetään Ilmatieteen laitoksen Vlasiator-koodia.
Tarkemmat kuvaukset Grand Challenge -projekteista englanniksi.
Lisätietoja
www.csc.fi/grand-challenge-haut
Juha Fagerholm
vanhempi sovellusasiantuntija, CSC
puh. 050 3819 501
juha.fagerholm@csc.fi