Beräkningspartikelfysik

Beräkningspartikelfysik avser de metoder och beräkningsverktyg som utvecklats och används av partikelfysisk forskning. Liksom beräkningskemi eller beräkningsbiologi är det för partikelfysik både en specifik gren och ett tvärvetenskapligt område som förlitar sig på datavetenskap, teoretisk och experimentell partikelfysik och matematik. Huvudområdena för beräkningspartikelfysik är: gitterfältteori (numeriska beräkningar), automatisk beräkning av partikelinteraktion eller sönderfall (datoralgebra) och händelsegeneratorer (stokastiska metoder).

Datorverktyg

Datoralgebra : Många av datoralgebraspråken utvecklades initialt för att hjälpa partikelfysikberäkningar: Reduce , Mathematica , Schoonschip , Form , GiNaC .
Data Grid : Den största planerade användningen av gridsystemen kommer att vara för analys av LHC -producerad data. Stora mjukvarupaket har utvecklats för att stödja denna applikation som LHC Computing Grid (LCG) . En liknande insats i det bredare e-Science- samhället är GridPP- samarbetet, ett konsortium av partikelfysiker från brittiska institutioner och CERN.
Dataanalysverktyg : Dessa verktyg är motiverade av det faktum att partikelfysikexperiment och simuleringar ofta skapar stora datamängder, t.ex. se referenser.
Programvarubibliotek: Många programbibliotek används för partikelfysikberäkningar. Också viktiga är paket som simulerar partikelfysikinteraktioner med Monte Carlo- simuleringstekniker (dvs. händelsegeneratorer).

Historia

Partikelfysik spelade en roll i internets tidiga historia; World -Wide Web skapades av Tim Berners-Lee när han arbetade på CERN 1991.

Datoralgebra

Obs: Det här avsnittet innehåller ett utdrag från "Computer Algebra in Particle Physics" av Stefan Weinzierl

Partikelfysik är ett viktigt användningsområde för datoralgebra och utnyttjar kapaciteten hos Computer Algebra Systems (CAS). Detta leder till värdefull feedback för utvecklingen av CAS. Om man tittar på historien om datoralgebrasystem går de första programmen tillbaka till 1960-talet. De första systemen var nästan helt baserade på LISP ("LIst-programmeringsspråk") . LISP är ett tolkat språk och, som namnet redan anger, utformat för manipulering av listor . Dess betydelse för symboliska datorprogram i de tidiga dagarna har jämförts med betydelsen av FORTRAN för numeriska program under samma period. Redan under denna första period hade programmet REDUCE några speciella funktioner för tillämpningen till högenergifysik. Ett undantag från de LISP-baserade programmen var SCHOONSHIP , skrivet på assemblerspråk av Martinus JG Veltman och speciellt designat för tillämpningar inom partikelfysik. Användningen av assemblerkod ledde till ett otroligt snabbt program (jämfört med de tolkade programmen på den tiden) och möjliggjorde beräkningen av mer komplexa spridningsprocesser inom högenergifysik. Det har hävdats att programmets betydelse erkändes 1998 genom att hälften av Nobelpriset tilldelades Veltman. Även programmet MACSYMA förtjänar att nämnas explicit, eftersom det utlöste en viktig utveckling med avseende på algoritmer. På 1980-talet började nya datoralgebrasystem skrivas i C . Detta möjliggjorde en bättre exploatering av resurser (jämfört med det tolkade språket LISP) och tillät samtidigt upprätthålla portabilitet (vilket inte skulle ha varit möjligt i assemblerspråk). Denna period markerade också uppkomsten av det första kommersiella datoralgebrasystemet, bland vilka Mathematica och Maple är de mest kända exemplen. Dessutom dök även några dedikerade program upp, ett exempel som är relevant för partikelfysik är programmet FORM av J. Vermaseren som en (portabel) efterföljare till SCHOONSHIP. På senare tid blev frågor om underhållbarhet av stora projekt allt viktigare och det övergripande programmeringsparadigmet förändrades från procedurprogrammering till objektorienterad design. När det gäller programmeringsspråk återspeglades detta av en övergång från C till C++ . Efter denna paradigmaändring utvecklades biblioteket GiNaC. GiNac-biblioteket tillåter symboliska beräkningar i C++.

Kodgenerering för datoralgebra kan också användas inom detta område.

Gitterfältteori

Gitterfältteori skapades av Kenneth Wilson 1974. Simuleringstekniker utvecklades senare från statistisk mekanik.

Sedan början av 1980-talet har LQCD-forskare banat väg för användningen av massivt parallella datorer i stora vetenskapliga applikationer, med praktiskt taget alla tillgängliga datorsystem inklusive traditionella stordatorer, stora PC-kluster och högpresterande system. Dessutom har den också använts som ett riktmärke för högpresterande beräkningar, med början i IBM Blue Gene superdator.

Så småningom skapades nationella och regionala QCD-nät: LATFOR (kontinentaleuropa), UKQCD och USQCD. ILDG (International Lattice Data Grid) är en internationell satsning som omfattar nät från Storbritannien, USA, Australien, Japan och Tyskland och bildades 2002.

Se även

externa länkar

Brown University. Computational High Energy Physics (CHEP) gruppsida Arkiverad 2015-05-18 på Wayback Machine
International Research Network for Computational Particle Physics Arkiverad 2016-03-05 på Wayback Machine . Centrum för beräkningsvetenskap, Univ. från Tsukuba , Japan.
Datorns historia vid CERN