LatticeQCD的大规模数值模拟研究.ppt

当前LatticeQCD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 LatticeQCD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 LatticeQCD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 quenchedapproximation 物理含义 不考虑夸克真空极化图 即忽略海夸克效应 MonteCarlo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 ChiralSymmetryonthelattice2 FullQCDsimulations3 Resonancesandhadrondecays4 Finitetemperatureandfinitedensity 1 Chiralsymmetryonthelattice ChiralsymmetryiscrucialforQCD No gotheoremonafinitelattice LocalityHermitianCorrectlow momentumlimitChiral NOfermionmatrixcansatisfyalloftheabove4conditions ChiralpropertiesofLQCDdependonthetypeoflatticefermionactionbeingused Chiralextrapolation Chiralperturbationtheory ChPT Alllatticesimulations quenchedorunquenched areperformedataquarkmassvaluehigherthanthatofphysicalu dquarks AlllatticeQCDcalculationsinvolvinglightquarksneedchiralextrapolation Thewayofchiralextrapolationdependsonthefermionaction 2 淬火近似 quenchedapproximation 和FullQCD计算 国际上几个重要的合作组 MILC Symanzikimprovedgauge 2 1 flavorstaggeredfermion CP PACS RGimprovedgauge 2 1 flavorcloverfermionJLQCD RGimprovedgauge 2 1 flavoroverlapfermionRBC UKQCD DBW2gauge 2 1 flavordomainwallfermionETMC improvedgauge 2 1 flavortwisted massfermion 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 Runningparameters 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 flavordynamicallatticeQCDresultsbyMILC Gold platedquantities However criticizedbytheir fourth roottrick 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FullQCD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 Shigemitsuetal 2005 Aubinetal 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 FullQCD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chiralfermion的FullQCD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 LatticeQCD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 ChinaLatticeQCDCollaboration 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 PekingUniv 刘玉斌 NankaiUniv 张剑波 ZhejiangUniv 陈莹 IHEP CAS 研究生 notcomplete 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 5MCPUhours 年2008 按机时收费 price 0 2RMB CPUhour 协议预付40 000元200 300CPUsallocated 0 2MCPUhoursusedfrom2008 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 3MCPUhours2008 1 12缴费90 000元 for0 23MCPUhours NKStar NankaiUniv 640CPUs 总计 0 5 1 0MCPUhours 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chiralfermion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 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 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 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 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 Beta 2 5的结果 Beta 2 8的结果 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