Вычислительная физика элементарных частиц
 | Эта статья нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( май 2009 г. ) |
Вычислительная физика элементарных частиц относится к методам и вычислительным инструментам, разработанным и используемым в исследованиях в области физики элементарных частиц . Подобно вычислительной химии или вычислительной биологии это , для физики элементарных частиц отдельная отрасль и междисциплинарная область, опирающаяся на информатику, теоретическую и экспериментальную физику элементарных частиц и математику. Основными областями вычислительной физики частиц являются: теория поля решетки (численные расчеты), автоматический расчет взаимодействия или распада частиц (компьютерная алгебра) и генераторы событий (стохастические методы). [1] [2] [3]
Вычислительные инструменты [ править ]
- Компьютерная алгебра : многие языки компьютерной алгебры изначально были разработаны для помощи в расчетах по физике элементарных частиц: Reduce , Mathematica , Schoonschip , Form , GiNaC . [4]
- Data Grid : Самое крупное запланированное использование сеточных систем будет для анализа БАКом данных, полученных . Для поддержки этого приложения были разработаны большие пакеты программного обеспечения, такие как LHC Computing Grid (LCG) . Аналогичным усилием в более широком сообществе электронной науки является сотрудничество GridPP , консорциум физиков элементарных частиц из институтов Великобритании и CERN. [5]
- Инструменты анализа данных . Эти инструменты основаны на том факте, что эксперименты и моделирование физики элементарных частиц часто создают большие наборы данных, например, см. ссылки. [6] [7] [8]
- Библиотеки программного обеспечения. Многие библиотеки программного обеспечения используются для расчетов по физике элементарных частиц. Также важны пакеты, которые моделируют взаимодействия физики элементарных частиц с использованием методов моделирования Монте-Карло (т.е. генераторов событий).
История [ править ]
Физика элементарных частиц сыграла свою роль в ранней истории Интернета; Всемирная паутина была создана Тимом Бернерсом-Ли во время работы в ЦЕРН в 1991 году.
Компьютерная алгебра [ править ]
Примечание. Этот раздел содержит отрывок из книги Стефана Вайнцирля «Компьютерная алгебра в физике элементарных частиц».
Физика элементарных частиц является важной областью применения компьютерной алгебры и использует возможности систем компьютерной алгебры (CAS). Это приводит к получению ценной обратной связи для развития CAS. Если посмотреть на историю систем компьютерной алгебры , то первые программы датируются 1960-ми годами. [9] Первые системы почти полностью основывались на LISP («Язык программирования LIST») . LISP — это интерпретируемый язык , и, как уже видно из названия, он предназначен для манипулирования списками . Его важность для символических компьютерных программ в первые дни сравнивали с важностью FORTRAN для числовых программ в тот же период. [10] Уже в этот первый период программа REDUCE имела некоторые особенности для применения в физике высоких энергий. Исключением из программ на основе LISP была SCHOONSHIP , написанная на языке ассемблера Мартинусом Дж. Вельтманом и специально разработанная для приложений в физике элементарных частиц. Использование ассемблерного кода привело к созданию невероятно быстрой программы (по сравнению с интерпретируемыми программами того времени) и позволило рассчитывать более сложные процессы рассеяния в физике высоких энергий. Утверждалось, что важность программы была признана в 1998 году, когда Вельтману была присуждена половина Нобелевской премии. [11] программа MACSYMA Также отдельного упоминания заслуживает , поскольку она положила начало важным разработкам в области алгоритмов. В 1980-х годах новые системы компьютерной алгебры начали писать на C. языке Это позволило лучше использовать ресурсы компьютера (по сравнению с интерпретируемым языком LISP) и в то же время позволило сохранить переносимость (что было бы невозможно на языке ассемблера). Этот период ознаменовал также появление первой коммерческой системы компьютерной алгебры, Mathematica и Maple наиболее известными примерами которой являются . Кроме того, появилось несколько специализированных программ. Примером, относящимся к физике элементарных частиц, является программа FORM Дж. Вермасерена как (портативный) преемник SCHOONSHIP. В последнее время вопросы сопровождения крупных проектов становятся все более важными, и общая парадигма программирования изменилась с процедурного программирования на объектно-ориентированное проектирование. С точки зрения языков программирования это отразилось в переходе от C к С++ . После этой смены парадигмы была разработана библиотека GiNaC. Библиотека GiNac позволяет выполнять символьные вычисления на C++.
генерацию кода для компьютерной алгебры В этой области также можно использовать .
поля Решетчатая теория
Теория решетчатого поля была создана Кеннетом Уилсоном в 1974 году. [12] Позднее методы моделирования были разработаны на основе статистической механики. [13] [14]
С начала 1980-х годов исследователи LQCD стали пионерами в использовании компьютеров с массовым параллелизмом в крупных научных приложениях, используя практически все доступные вычислительные системы, включая традиционные мейнфреймы, большие кластеры ПК и высокопроизводительные системы. Кроме того, он также использовался в качестве эталона высокопроизводительных вычислений , начиная с суперкомпьютера IBM Blue Gene .
В конечном итоге были созданы национальные и региональные сетки КХД: LATFOR (континентальная Европа), UKQCD и USQCD. ILDG (International Lattice Data Grid) — это международное предприятие, объединяющее сети из Великобритании, США, Австралии, Японии и Германии, созданное в 2002 году. [15]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ https://arxiv.org/abs/1301.1211 Вычислительная физика частиц для генераторов событий и анализа данных получено 24 августа 2020 г.
- ^ https://www.researchgate.net/publication/234060239_Computational_Particle_Physics_for_Event_Generators_and_Data_Anaанализ . Вычислительная физика частиц для генераторов событий и анализа данных получена 24 августа 2020 г.
- ^ https://www2.ccs.tsukuba.ac.jp/projects/ILFTNet/ Международная исследовательская сеть по вычислительной физике элементарных частиц, получено 24 августа 2020 г.
- ^ Стефан Вайнцирль: «Компьютерная алгебра в физике элементарных частиц». стр. 5-7. По состоянию на 1 января 2012 г.; (альтернативная ссылка): «Компьютерная алгебра в физике элементарных частиц». arXiv : hep-ph/0209234 . По состоянию на 1 января 2012 г. «Seminario Nazionale di Fisica Teorica», Парма, сентябрь 2002 г.
- ^ Веб-сайт GridPP : по состоянию на 19 июня 2012 г.
- ^ Дирк Дуэльманн, «Потоки Oracle для Большого адронного коллайдера» , страница 3. По состоянию на 1 января 2011 г.
- ^ М. Лю, В. Куэн и др., «Совместная разработка аппаратного и программного обеспечения универсальной вычислительной платформы в физике элементарных частиц» , стр. 1. По состоянию на 20 февраля 2012 г.
- ^ Дэвид Руссо, «Программное обеспечение, лежащее в основе открытия бозона Хиггса», IEEE Software, стр. 11–15, сентябрь-октябрь 2012 г.
- ^ Стефан Вайнцирль, соч. : стр. 3-5.
- ^ Стефан Вайнцирль, соч. : стр. 3-5.
- ^ Стефан Вайнцирль, соч. : стр. 3-5.
- ^ Уилсон, Кеннет Г. (15 октября 1974 г.). «Удержание кварков». Физический обзор D . 10 (8). Американское физическое общество (APS): 2445–2459. Бибкод : 1974PhRvD..10.2445W . дои : 10.1103/physrevd.10.2445 . ISSN 0556-2821 .
- ^ Каллауэй, Дэвид Дж. Э.; Рахман, Анисур (30 августа 1982 г.). «Микроканоническая ансамблевая формулировка теории решеточных калибров». Письма о физических отзывах . 49 (9). Американское физическое общество (APS): 613–616. Бибкод : 1982PhRvL..49..613C . дои : 10.1103/physrevlett.49.613 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Каллауэй, Дэвид Дж. Э.; Рахман, Анисур (15 сентября 1983 г.). «Решетчатая калибровочная теория в микроканоническом ансамбле» . Физический обзор D . 28 (6). Американское физическое общество (APS): 1506–1514. Бибкод : 1983PhRvD..28.1506C . дои : 10.1103/physrevd.28.1506 . ISSN 0556-2821 .
- ^ КМ Мейнард (2010). «Международная решётчатая сетка данных: включите, подключите и загрузите главу 2, стр. 3». arXiv : 1001.5207 [ геп-лат ].
Внешние ссылки [ править ]
- Брауновский университет. Страница группы «Вычислительная физика высоких энергий» (CHEP). Архивировано 18 мая 2015 г. на Wayback Machine.
- Международная исследовательская сеть по вычислительной физике элементарных частиц. Архивировано 5 марта 2016 г. в Wayback Machine . Центр вычислительных наук, Univ. Цукуба , Япония.
- История вычислений в ЦЕРН