연산입자물리학

Computational particle physics

연산입자물리학은 입자물리학 연구에서 개발되고 사용되는 방법과 계산 도구를 말한다. 컴퓨터 화학이나 컴퓨터 생물학처럼 컴퓨터 과학, 이론 및 실험 입자 물리학, 수학에 의존하는 특정 분과와 학제간 분야 모두에 해당된다. 계산 입자 물리학의 주요 분야는 격자장 이론(숫자 연산), 입자 상호작용 또는 붕괴의 자동 계산(컴퓨터 대수학), 사건 발생기(스토크스틱 방법)이다.[1][2][3]

컴퓨팅 도구

  • 컴퓨터 대수: 많은 컴퓨터 대수 언어는 처음에는 입자 물리학 계산을 돕기 위해 개발되었다: 감소, 수학, 쿤스칩, 형태, GiNaC.[4]
  • 데이터 그리드: 그리드 시스템의 가장 큰 계획된 사용은 LHC에서 생성된 데이터의 분석에 사용될 것이다. LHC Computing Grid (LCG)와 같이 이 응용 프로그램을 지원하기 위해 대규모 소프트웨어 패키지가 개발되었다. 보다 넓은 e-Science 커뮤니티에서 유사한 노력은 GridPP 협력이다. 이는 영국 기관과 CERN의 입자 물리학자 컨소시엄이다.[5]
  • 데이터 분석 도구: 이러한 도구는 입자물리학 실험과 시뮬레이션이 종종 큰 데이터셋을 생성한다는 사실에 의해 동기 부여된다(예: 참조).[6][7][8]
  • 소프트웨어 라이브러리: 많은 소프트웨어 라이브러리가 입자물리학 계산에 사용된다. 또한 몬테카를로 시뮬레이션 기법(즉, 이벤트 생성기)을 사용하여 입자물리 상호작용을 시뮬레이션하는 패키지도 중요하다.

역사

입자물리학은 인터넷의 초기 역사에서 중요한 역할을 했다; 월드 와이드 웹은 1991년 CERN에서 일할 때 Tim Berners-Lee에 의해 만들어졌다.

컴퓨터 대수

참고: 이 절은 Stefan Weinzierl의 '입자물리학의 컴퓨터 대수'에서 발췌한 내용을 포함한다.

입자물리학은 컴퓨터 대수학 응용의 중요한 분야로서 컴퓨터 대수학 시스템(CAS)의 능력을 활용한다. 이는 CAS 개발을 위한 귀중한 피드백을 이끌어낸다. 컴퓨터 대수 시스템의 역사를 살펴보면, 최초의 프로그램은 1960년대로 거슬러 올라간다.[9] 첫 번째 시스템은 거의 전적으로 LISP(LIST Programming language)에 기반을 두고 있었다. LISP는 해석된 언어로, 이름이 이미 나타내듯이, 목록 조작을 위해 설계되었다. 초창기 상징적인 컴퓨터 프로그램에 대한 중요성은 같은 기간 수치 프로그램에 대한 포트란의 중요성과 비교되어 왔다.[10] 이미 이 첫 번째 기간에 REVE 프로그램은 고에너지 물리학에 적용하기 위한 몇 가지 특별한 기능을 가지고 있었다. LISP 기반 프로그램에 대한 예외는 Martinus J. G. Veltman에 의해 조립 언어로 작성되고 입자 물리학에 응용하도록 특별히 설계된 SHUNSHIP이었다. 조립자 코드의 사용은 (당시 해석된 프로그램에 비해) 믿을 수 없을 정도로 빠른 프로그램으로 이어지며, 고에너지 물리학에서 더 복잡한 산란 과정의 계산을 가능하게 했다. 1998년 벨트만에게 노벨상의 절반을 수여함으로써 이 프로그램의 중요성을 인정받았다는 주장이 제기되었다.[11] 또한 MACSYMA 프로그램은 알고리즘과 관련하여 중요한 개발을 유발하였으므로 명시적으로 언급할 가치가 있다. 1980년대에 새로운 컴퓨터 대수 시스템이 C로 쓰여지기 시작했다. 이를 통해 컴퓨터의 자원을 더 잘 이용할 수 있었고(해석 언어 LISP에 비해) 동시에 휴대성을 유지할 수 있었다(조립자 언어에서는 불가능했을 것이다). 이 시기는 또한 최초의 상업용 컴퓨터 대수학 시스템의 출현을 나타내었는데, 그중에서도 매스매티카나 메이플이 가장 잘 알려진 예다. 또한 몇 개의 전용 프로그램도 등장하였는데, 입자물리학과 관련된 예로는 스쿤십의 (휴대용) 후속 프로그램으로서 J. Vermaseren의 프로그램 FORM이 있다. 최근 대형 프로젝트의 유지 가능성 문제가 점점 중요해지고 전반적인 프로그래밍 패러다임이 절차적 프로그래밍에서 객체 지향 설계로 바뀌었다. 프로그래밍 언어의 측면에서 이것은 C에서 C++로의 이동에 의해 반영되었다. 이러한 패러다임의 변화에 따라, 도서관 GiNaC가 개발되었다. GiNac 라이브러리는 C++의 기호 계산을 허용한다.

컴퓨터 대수학을 위한 코드 생성도 이 분야에서 사용될 수 있다.

격자장 이론

격자장 이론은 케네스 윌슨에 의해 1974년에 만들어졌다.[12] 시뮬레이션 기법은 후에 통계 역학으로부터 개발되었다.[13][14]

1980년대 초부터 LQCD 연구자들은 전통적인 메인프레임, 대형 PC 클러스터, 고성능 시스템을 포함한 사실상 모든 사용 가능한 컴퓨팅 시스템을 사용하여 대규모 과학 애플리케이션에서 대규모 병렬 컴퓨터 사용을 선도해 왔다. 또 IBM 블루진 슈퍼컴퓨터를 시작으로 고성능 컴퓨팅의 벤치마크로도 활용되고 있다.

결국 LATFOR(대륙 유럽), UKQCD 및 USQCD 등 국가 및 지역 QCD 그리드가 만들어졌다. ILDG(International Lattice Data Grid, International Lattice Data Grid)는 영국, 미국, 호주, 일본, 독일 등의 그리드로 구성된 국제 벤처기업으로, 2002년에 결성되었다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ https://arxiv.org/abs/1301.1211 8/24/20에서 검색된 이벤트 생성기 및 데이터 분석을 위한 계산 입자 물리학
  2. ^ https://www.researchgate.net/publication/234060239_Computational_Particle_Physics_for_Event_Generators_and_Data_Analysis 8/24/20에서 검색된 이벤트 생성기 및 데이터 분석을 위한 계산 입자 물리학
  3. ^ https://www2.ccs.tsukuba.ac.jp/projects/ILFTNet/ 계산 입자 물리학을 위한 국제 연구 네트워크는 20년 8월 24일 검색됨
  4. ^ Stefan Weinzierl:- "입자 물리학의 컴퓨터 대수" 5-7 pgs. 접근 2012년 1월 1일 (대안 링크) : "입자물리학의 컴퓨터 대수." arXiv:hep-ph/0209234. 2012년 1월 1일에 액세스. 2002년 9월 파르마 "세미나리오 나치오날레 디 피시카 테오리카"
  5. ^ GridPP 웹사이트 : 2012년 6월 19일에 접속.
  6. ^ 더크 뮐만 "대하드론 충돌기의 오라클 스트림" 3페이지. 2011년 1월 1일에 액세스.
  7. ^ M 류, W 쿠엔 외, "하드웨어/소프트웨어 입자물리학 범용 계산 플랫폼 공동 설계" 1 페이지 2012년 2월 20일에 액세스.
  8. ^ 데이비드 루소, "힉스 보슨 디스커버리호 뒤의 소프트웨어," IEEE 소프트웨어, 페이지 11-15, 9월.-2012년 10월
  9. ^ Stefan Weinzierl, op. cit. : pgs 3-5.
  10. ^ Stefan Weinzierl, op. cit. : pgs 3-5.
  11. ^ Stefan Weinzierl, op. cit. : pgs 3-5.
  12. ^ 케네스 G. 윌슨, 쿼크의 감금, 물리 리뷰 D, 10, 1974, 페이지 2445–59
  13. ^ 데이비드 J. E. 캘러웨이와 아니수르 라만(1982년). "마이크로캐논리 앙상블의 격자 게이지 이론 편성" 물리적 검토서 49(9): 613–616. 비스코드 1982PhRvL..49..613C. doi:10.1103/PhysRevRevlett.49.613.
  14. ^ 데이비드 J. E. 캘러웨이와 아니수르 라만(1983년). "마이크로캐논학 앙상블에서의 래티스 게이지 이론" 물리적 검토 D28(6): 1506–1514. 비코드 1983PhRvD..28.1506C. doi:10.1103/PhysRevD.28.1506.
  15. ^ C.M. 메이너드: 국제 격자 데이터 그리드: 전원을 켜고, 연결하고, 다운로드하십시오. 2장, 페이지 3. arXiv:1001.5207, 2010.

외부 링크