計算素粒子物理学

計算素粒子物理学とは、素粒子物理学研究において開発され、利用されている手法と計算ツールを指します 。計算化学や計算生物学と同様に、計算素粒子物理学においては、計算機科学、理論・実験素粒子物理学、そして数学を基盤とする特定の分野であると同時に学際的な分野でもあります。計算素粒子物理学の主な分野は、格子場理論（数値計算）、粒子相互作用または崩壊の自動計算（計算機代数）、そしてイベントジェネレータ（確率論的手法）です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

コンピューティングツール

歴史

素粒子物理学はインターネットの初期の歴史において重要な役割を果たしました。ワールド ワイド ウェブは、 1991 年に CERN で働いていた Tim Berners-Leeによって作成されました。

コンピュータ代数

注: このセクションには、Stefan Weinzierl 著の「Computer Algebra in Particle Physics」からの抜粋が含まれています。

素粒子物理学はコンピュータ代数の重要な応用分野であり、コンピュータ代数システム（CAS）の能力を活用しています。これは、CASの開発に貴重なフィードバックをもたらします。コンピュータ代数システムの歴史を見ると、最初のプログラムは1960年代に遡ります。[ 9 ]最初のシステムは、ほぼ完全にLISP（「リストプログラミング言語」）に基づいていました。LISPはインタープリタ言語であり、その名前が示すように、リストの操作用に設計されています。初期の記号コンピュータプログラムにおけるLISPの重要性は、同時期の数値プログラムにおけるFORTRANの重要性と比較されています。 [ 9 ]この最初の時期に既に、プログラムREDUCEは高エネルギー物理学への応用のためのいくつかの特別な機能を備えていました。LISPベースのプログラムの例外は、Martinus JG Veltmanによってアセンブラ言語で書かれ、素粒子物理学への応用に特別に設計されたSCHOONSHIPでした。アセンブラコードの使用により、（当時のインタープリタ型プログラムと比較して）信じられないほど高速なプログラムが可能になり、高エネルギー物理学におけるより複雑な散乱プロセスの計算が可能になりました。1998年にノーベル賞の半分がフェルトマンに授与されたことで、このプログラムの重要性が認められたと言われています。[ 9 ]また、 アルゴリズムに関する重要な開発のきっかけとなったプログラムMACSYMAも明示的に言及する価値があります。 1980年代には、新しいコンピュータ代数システムがCで書かれ始めました。これにより、コンピュータのリソースをより有効に活用できるようになり（インタープリタ型言語の LISP と比較して）、同時に移植性を維持できるようになりました（これはアセンブラ言語では不可能でした）。この期間は、最初の商用コンピュータ代数システムが登場した時期でもあり、その中で最もよく知られている例は Mathematica とMaple です。さらに、いくつかの専用プログラムが登場しました。素粒子物理学に関連する例としては、SCHOONSHIP の（移植可能な）後継として J. Vermaseren が作成したプログラム FORM があります。近年、大規模プロジェクトの保守性の問題がますます重要になり、プログラミングパラダイム全体が手続き型プログラミングからオブジェクト指向設計へと変化しました。プログラミング言語の観点では、これはCからC++への移行に反映されています。このパラダイムシフトを受けて、ライブラリGiNaCが開発されました。GiNacライブラリはC++での記号計算を可能にします。

この分野では、コンピュータ代数のコード生成も使用できます。

格子場理論

格子場理論は1974年にケネス・ウィルソンによって考案されました。[ 10 ]シミュレーション技術は後に統計力学から発展しました。[ 11 ] [ 12 ]

1980年代初頭以来、LQCD研究者は、従来のメインフレーム、大規模PCクラスタ、高性能システムなど、利用可能なほぼすべてのコンピューティングシステムを活用し、大規模な科学アプリケーションにおける超並列コンピュータの利用を開拓してきました。さらに、 IBM Blue Geneスーパーコンピュータを皮切りに、高性能コンピューティングのベンチマークとしても利用されてきました。

最終的に、LATFOR（ヨーロッパ大陸）、UKQCD、USQCDといった国別および地域別のQCDグリッドが作成されました。ILDG（国際格子データグリッド）は、英国、米国、オーストラリア、日本、ドイツのグリッドで構成される国際的なプロジェクトで、2002年に設立されました。[ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^ https://arxiv.org/abs/1301.1211イベントジェネレータとデータ分析のための計算粒子物理学2020年8月24日取得
  2. ^ 「イベントジェネレータとデータ分析のための計算粒子物理学」ResearchGate。2023年4月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2025年6月11日閲覧。
  3. ^ https://www2.ccs.tsukuba.ac.jp/projects/ILFTNet/計算素粒子物理学のための国際研究ネットワーク2020年8月24日取得
  4. ^ Stefan Weinzierl:- 「素粒子物理学におけるコンピューター代数」。 5～7ページ。 2012 年 1 月 1 日にアクセス。 (代替リンク) : 「素粒子物理学におけるコンピュータ代数」。 arXiv : hep-ph/0209234。 2012 年 1 月 1 日にアクセス。「セミナリオ ナツィオナーレ ディ フィシカ テオリカ」、パルマ、2002 年 9 月。
  5. ^ GridPPウェブサイト ：2012年6月19日にアクセス。
  6. ^ Dirk Duellmann、「Large Hadron Collider の Oracle Streams」、3 ページ。2011 年 1 月 1 日にアクセス。
  7. ^ M Liu、W Kuehn他「粒子物理学における汎用計算プラットフォームのハードウェア/ソフトウェア共同設計」、1ページ。2012年2月20日にアクセス。
  8. ^ David Rousseau、「ヒッグス粒子の発見を支えるソフトウェア」、IEEE Software、pp. 11-15、2012年9月-10月
  9. ^ a b cステファン・ヴァインツィール、op.引用。  ：3～5ページ。
  10. ^ウィルソン, ケネス・G. (1974-10-15). 「クォークの閉じ込め」. Physical Review D. 10 ( 8). アメリカ物理学会 (APS): 2445–2459 . Bibcode : 1974PhRvD..10.2445W . doi : 10.1103/physrevd.10.2445 . ISSN 0556-2821 . 
  11. ^ Callaway, David JE; Rahman, Aneesur (1982-08-30). 「格子ゲージ理論のミクロカノニカルアンサンブル定式化」. Physical Review Letters . 49 (9). American Physical Society (APS): 613– 616. Bibcode : 1982PhRvL..49..613C . doi : 10.1103/physrevlett.49.613 . ISSN 0031-9007 . 
  12. ^ Callaway, David JE; Rahman, Aneesur (1983-09-15). 「ミクロカノニカル集団における格子ゲージ理論」 . Physical Review D. 28 ( 6). American Physical Society (APS): 1506– 1514. Bibcode : 1983PhRvD..28.1506C . doi : 10.1103/physrevd.28.1506 . ISSN 0556-2821 . 
  13. ^ CM Maynard (2010). 「International Lattice Data Grid: Turn on, plug in, and download Ch.2, pg. 3」. arXiv : 1001.5207 [ hep-lat ].
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