LatticeQCD的大规模数值模拟研究

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,当前Lattice QCD的国内外研究现状,陈 莹,1,报告内容,一、Lattice QCD简介,二、国际研究现状,三、国内研究现状,四、关于X(3872)和Z(4430),五、小结,2,一、Lattice QCD,简介,Wick 转动,( ),Euclidean 空间QCD作用量,路径积分,3,时空离散化,连续时空,四维超立方格点体系,无限自由度,有限自由度,4,路径积分量子化,生成泛函:,物理观测量: 算符的真空平均值,淬火近似(quenched approximation):,(物理含义:,不考虑夸克真空极化图,即忽略海夸克效应,),5,Monte Carlo 模拟,重点抽样：,根据Boltzmann 分布产生由有限数量的位形构成的统计系综，计算可观测量的系综平均值，样本越大，统计误差越小。,最适合平行计算。,6,强子质量和强子矩阵元,两点函数:,:,强子质量,: 正比于强子的衰变常数,三点函数,7,数据分析,1、数据拟合,2、误差分析：,系统误差：,有限体积效应（ ）,连续极限外推 （ ）,（有关轻强子的计算，还要考虑手征极限外推,统计误差,：增大统计量,8,小结,1. 格点规范理论是从第一原理出发的理论；,2. 采用路径积分量子化，包括了微扰和非微扰效应；,3. 误差来源可以控制；,4. 所以是重要的和可靠的研究,QCD,非微扰效应的理论。,9,二、国际研究现状,几个努力方向,1. Chiral Symmetry on the lattice,2. Full QCD simulations,3. Resonances and hadron decays,4. Finite temperature and finite density,10,1. Chiral symmetry on the lattice,Chiral,symmetry is crucial for QCD,No-go theorem on a finite lattice:,Locality,Hermitian,Correct low-momentum limit,Chiral,:,NO,fermion,matrix can satisfy,all of the above 4 conditions,11,Chiral,properties of LQCD depend on the type of,lattice,fermion,action being used,Name,Current status,Wilson,Simple,well-defined,No,chiral,symm,.,unquenching,costly,running unquenched,Staggered,Simple,Partial,chiral,symm,.,Unquenching,not so costly,Taste does NOT,taste good!,running unquenched,Twisted mass,Simple,Auto-improved,Unquenching,not so costly,Isospin,violation,Running unquenched,DW/,Overlap,chiral,costly,Running unquenched,12,Chiral,extrapolation,Chiral,perturbation theory(,ChPT,),All lattice simulations (quenched or unquenched) are,performed,at a quark mass value higher than that of,physical u&d quarks.,All lattice QCD calculations involving light quarks need,chiral extrapolation.,The way of chiral extrapolation depends on the fermion,action.,13,2. 淬火近似(quenched approximation) 和 Full QCD 计算,国际上几个重要的合作组：,MILC,:,Symanzik improved gauge,(2+1) flavor staggered fermion.,CP-PACS,:,RG improved gauge,(2+1) flavor clover fermion,JLQCD,:,RG improved gauge,(2+1) flavor overlap fermion,RBC&UKQCD,:,DBW2 gauge,(2+1) flavor domain wall fermion,ETMC,:,improved gauge,(2+1) flavor twisted-mass fermion,14,美国,RBC, MILC, Jlab等,Colombia 大学一台12Tflops QCDOC专用并行机；布鲁克海文国家实验室(BNL)两台10Tlops QCDOC专用并行机；Jefferson实验室(JLab)和费米实验室(FermiLab)若干clusters（合计10Tflops）;以及在NERSC、橡树岭国家实验室(ORNL)和Pittsburgh等地的国家计算中心的巨型机算设备(每年有专家委员会对项目进行评议并分配计算资源)。另外在许多大学都有万亿、十万亿次计算能力的机器。,超过100Tflops的计算机资源用于Lattice QCD,日本,JLQCD, CP-PACS, KEK等,Tsukuba的14.3Tflops的PACS-CS clusters;KEK的57.3Tflops的BlueGene/L计算机;另外还有许多万亿、十万亿次计算能力的机器用于格点计算.,100Tflops,德国,安装在Belefield和Zeuthen的apeNEXT专用系统,合计6.0Tflops.,另外,在德国超级计算中心有大型计算系统,在Julich研究中心有45Tflops的BlueGene/L系统和10Tflops的IBM Regatta 系统,以及在慕尼黑LZR的26Tflops的Altix系统,都通过项目评议进行计算系统分配,lattice QCD计算大约可获得总计算资源的10-20%,30Tflops,意大利,专门用于Lattice QCD计算的7.2Tflops的apeNEXT系统安装在罗马大学(university Rome I,“,La Sapienza,”,),7.2Tflops,英国,UKQCD,主要计算资源是安装在Edinburgh的12Tflops 的QCDOC专用并行系统.,12Tflops,澳大利亚,CSSM,安装在堪培拉和阿德雷德的用于格点计算的商用机器,计算能力合计2Tflops,2Tflops,ETMC,ETMC,国际上大的Lattice合作组用于数值计算的超级计算机资源情况：,15,Running parameters:,16,淬火近似年代,CP-PACS 轻强子谱的计算结果（hep-lat/0206009),淬火近似的,Uncertainty,不超过10%。,17,（2+1）flavor dynamical lattice QCD results by MILC,Gold-plated quantities,However, criticized by their,“fourth-root trick”,18,CKM,矩阵元的计算,其中用到的,强子衰变常数,和,形状因子,的误差大小已经可以,和试验观测衰变过程的观测精度向比较。要提高CKM矩阵,的计算精度，需要从理论和试验两方面的努力，从而进一,验证幺正三角形。,19,3. 目前Full QCD计算所涉及的物理量,标准模型参数的计算,强耦合常数、流夸克质量；,基态强子（诸如赝标量介子、核子等）质量谱；,20,赝标量强子衰变常数以及它们之间的弱矩阵元；,Shigemitsu et al (2005),Aubin et al (2005),21,小结：,格点规范理论研究越来越受到重视；,发达国家投入大量人力和计算资源从事该领域研究；,由于问题的复杂性，,国际上的格点研究也走大合作的,路线,，整合人力和计算资源，形成了若干大的合作组，,成为该领域的主导力量；,Full QCD,的数值模拟计算逐渐成为主流，但还处于初,级阶段：,一方面，包含,chiral fermion,的,Full QCD,数值模,拟还在初期自洽性检验和算法研究中；另一方面，受计,算资源限制，许多组还在产生2+1味的组态；,Lattice QCD,的精确预言能力还有待提高，,有理论方法,方面的原因，也有计算能力有限的原因。,22,三、中国的格点研究,中国合作组（,China Lattice QCD Collaboration,),可用的计算资源,研究内容,23,中国格点QCD合作组 (CLQCD),研究人员,:,马建平,（ITP, CAS）,刘 川,（Peking Univ.),刘玉斌,(Nankai Univ.),张剑波,(Zhejiang Univ.）,陈莹,(IHEP, CAS),研究生 (not complete):,宫明，蒙国站，何颂，孟祥飞，李刚，张远江, etc.,24,1. 目前可用计算资源：,深腾6800（,SCCAS, 784CPUs, 4.2Tflops),2003-2007,免费使用,5-10%,allocation, 0.5M CPU hours/,年,2008-,按机时收费(,price: 0.2RMB/,CPUhour,),协议预付40，000元,200-300,CPUs allocated,0.2M CPU hours used from 2008.3-2008.4,曙光4000,A (SSC, 2000CPUs, 10Tflops),按机时收费（,price: 0.4RMB/,CPUhour,)：,2007.1-12 用,80，000,元买了0.2-0.3,M CPU hours,2008.1-12,缴费90，000元 (,for 0.23 M CPU hours),NKStar,(,Nankai,Univ., 640CPUs),总计： 0.5-1.0 M CPU hours /年 （相当于一台0.4Tflops 机器）,CLQCD 计算资源,25,2. 未来可能的计算资源：,上海超级计算中心（,SSC),正在建造 一台,100,Tflops,机器，,预计2008年底到2009年初投入使用；,中国科学院网络中心超级计算中心（,SCCAS),100Tflops,即将立项。,可能的话， 第一部分,20,Tflops,今年开始使用。,几台10-20,Tflops,机器（？）,按既定方案收费。,26,目前的主要研究内容,1.,立足国内资源进行如下研究：,强子谱（主要是quenched 计算),胶球质量谱，,粲夸克偶素质量谱（主要是激发态混杂态等）计算；,X(3872)和Z(4430),双重子态,强子-强子散射,pion-pion (I=2)散射,散射和Z(4430),有限温度格点QCD,27,2. 国际合作,和,欧洲,Twisted-Mass,合作组(,ETMC),建立合作关系，,下载他们的,unquenched,组态，进行物理分析,和,美国,chiQCD,合作组,合作，从事标量介子、重子,激发态等物理问题的研究,3. Full-QCD计算的前期准备,开发,包含chiral fermion的full-QCD,的计算程序，为,利用国内未来可用的大机器做准备。,28,X(3872),Belle、CDFII、 和BaBar发现窄的,charmonium-like 态,对其产生和衰变的分析显示它的量子数最有可能是,1+,它的质量比非相对论势模型预言的,的质量低越100MeV；它的宽度很窄，因此人们怀疑它不是普通的粲夸克偶素态,奇特态分子态？四夸克态？混杂,态？,3.825(88),3.858(70),3.852(57),我们计算的charmonium谱,29,1+激发态的波函数,但是，对于P态， 并不是径向波函数，它与非相对论P态的径向波函数 的关系为,对应 的两个极点，P-wave,波函数的两个极点之间应该有一,个径向节点,我们的结论：,我们计算的,1+的激发态的质量及其,波函数行为支持X(3872)作,为 的第一径向激发态。,30,Z(4430),Belle 在,道发现一个共振结构,如果实验上确认其存在，则最小的夸克组分应该是,其质量与,和 的阈十分接近,量子数还没有确定。,一些理论家把它解释为可能的 S-wave分子态或者,四夸克态候选者。,31,对此，我们进行了两方面的研究：,计算 的散射；,用 四夸克场算符计算可能的质量谱，,用单粒子态和两粒子态有限个点上对体积的依赖,关系来判断所得到的态是散射态还是束缚态。,这两方面的都得到了一些初步结果。,32,散射,根据Luscher公式，在有限的格点上，两粒子散射系统的能量、两粒子自由能量以及低能散射的散射长度之间有如下关系,散射能量,两粒子自由能量,散射长度,约化质量,空间体积,33,Beta=2.5的结果,34,Beta=2.8的结果,35,表示,A1,A2,B1,B2,E,2.5,0.370(33),0.494(60),0.397(64),0.432(63),0.267(33),2.8,0.624(56),0.507(76),0.523(77),0.517(78),0.667(60),手征外推后散射长度（单位：fm)的结果：,初步结论：,在所有的情况下， 的S-wave散射,的散射长度为正，说明 之间的相互作用是,吸引性的。至于这种吸引性的相互作用的强弱、以及,能否构成束缚态，还需要进一步的理论分析。,36,小结：,井冈山,长 征,抗 战,战略防御,战略相持,战略进攻,解放战争,建 国,萌芽,生存,成长,成功,2.我们的方针,制胜三大法宝：,群众路线：,CLQCD努力工作，合作攻关。,理论联系实际：,密切结合BES试验，,关注国际实验新结果。,统一战线：,希望大家多多支持，多多建议,。,1.,我们所处的阶段,37,谢谢！,38,基态是单粒子态还是两粒子态？,可能的判据：Weight的体积效应。,单粒子态,：,两粒子态,：,39,