LatticeQCD的大规模数值模拟研究9690

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,中国科学院高能物理研究所,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,一、Lattice QCD,简介,Wick 转动,(),Euclidean 空间QCD作用量,路径积分,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,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,),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。,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,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,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。,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,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,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,Chiral extrapolationChiral 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.,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,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：,Running parameters:,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%。,（2+1）flavor dynamical lattice QCD results by MILC,Gold-plated quantities,However,criticized by their,“fourth-root trick”,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。,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；,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),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。,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,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.,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4000A(SSC,2000CPUs,10Tflops),按机时收费（,price:0.4RMB/CPUhour,)：,2007.1-12 用80，000元买了0.2-0.3M 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,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,100Tflops,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,20Tflops,今年开始使用。,几台10-20Tflops 机器（？）,按既定方案收费。,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,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。,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,1+激发态的波函数,但是，对于P态，并不是径向波函数