Forbedring af signal-til-støj-forholdet i kvantekromodynamiske simuleringer

I løbet af de sidste årtier har den eksponentielle stigning i computerkraft og den ledsagende stigning i algoritmernes kvalitet har gjort det muligt for teoretiske og partikelfysikere at udføre mere komplekse og præcise simuleringer af grundlæggende partikler og deres interaktioner. Hvis du øger antallet af gitterpunkter i en simulering, det bliver sværere at skelne mellem det observerede resultat af simuleringen og den omgivende støj. En ny undersøgelse af Marco Ce, en fysiker baseret på Helmholtz-Institut Mainz i Tyskland og for nylig udgivet i EPJ Plus , beskriver en teknik til simulering af partikelensembler, der er 'store' (i hvert fald efter partikelfysikkens standarder). Dette forbedrer signal-støj-forholdet og dermed præcisionen i simuleringen; afgørende, det kan også bruges til at modellere ensembler af baryoner:en kategori af elementarpartikler, der omfatter protoner og neutroner, der udgør atomkerner.

Ces simuleringer anvender en Monte Carlo -algoritme:en generisk beregningsmetode, der er afhængig af gentagen stikprøveudtagning for at opnå numeriske resultater. Disse algoritmer har en lang række anvendelser, og i matematisk fysik er de særligt velegnede til at evaluere komplicerede integraler, og til modelleringssystemer med mange frihedsgrader.

Mere præcist, den type Monte Carlo-algoritme, der bruges her, involverer prøveudtagning på flere niveauer. Det betyder, at prøverne tages med forskellige nøjagtighedsniveauer, hvilket er mindre beregningsmæssigt dyrt end metoder, hvor prøvetagningsnøjagtigheden er ensartet. Monte Carlo-metoder på flere niveauer er tidligere blevet anvendt på ensembler af bosoner (klassen af ​​partikler, der, selvindlysende, inkluderer den nu berømte Higgs -partikel), men ikke til de mere komplekse fermioner. Denne sidstnævnte kategori omfatter elektroner såvel som baryoner:alle hovedkomponenterne i det 'daglige' stof.

Ce afslutter sin undersøgelse med at bemærke, at der er mange andre problemer i partikelfysik, hvor beregning påvirkes af høje signal-til-støj-forhold, og som kan have gavn af denne tilgang.