研究提高量子色動力學模擬精度!基本粒子如何相互作用?

2020-12-06 博科園

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在過去的幾十年裡，計算機能力的指數級增長，以及隨之而來的算法質量提高，使得理論物理學家和粒子物理學家能夠對基本粒子及其相互作用進行更複雜、更精確的模擬。如果在模擬中增加晶格點的數量，就很難區分模擬的觀測結果與周圍噪聲之間的差別。德國美因茨亥姆霍茲研究所的物理學家馬可·切(Marco Ce)現在在EPJ Plus上發表了一項新研究：描述了一種模擬「大」粒子群的技術(至少以粒子物理學的標準來看)。

提高了信噪比，提高了模擬精度；至關重要的是，還可以用來模擬重子的整體：包括構成原子核的質子和中子在內的一類基本粒子。Ce的模擬使用了蒙特卡羅算法：一種依賴於重複隨機抽樣來獲得數值結果的通用計算方法。這些算法有廣泛的用途，在數學物理中，它們特別適合於計算複雜的積分，以及對具有多個自由度的系統建模。更準確地說，這裡使用的蒙特卡羅算法涉及多級抽樣，這意味著採樣的精度是不同，這比採樣精度一致的方法計算成本要低。

多層蒙特卡羅方法以前被應用於玻色子的整體(粒子的類別，不言而喻，包括現在著名的希格斯粒子)，但沒有應用於更複雜的費米子。後一類包括電子和重子：「日常」物質的所有主要成分。在粒子物理學中還有許多其他的問題，計算受到高信噪比的影響，這可能會受益於這種方法。多層蒙特卡羅採樣技術利用量子場論的局域性，為影響一類大量綱點陣確定的信噪比問題，提供了純玻色子量子場論的一種解決方案。

然而，由於費米子路徑積分後的顯著局域性損失，將多級採樣推廣到包含費米子晶格理論。如量子色動力學，並非易事，研究討論了歐氏距離下費米子傳播子的減小，如何引起費米子傳播子和費米子行列式的系統近似，其中完全分解了遠時空區域的規範場依賴關係。這能夠將多級採樣應用於強子可觀測對象(如介子和重子相關器)的晶格量子色動力學計算。特別地，還將此策略應用於兩種單線偽標量密度相關器的非連通貢獻，當採用兩級採樣方案時，信噪比能顯著提高。

博科園｜研究/來自：Springer參考期刊《歐洲物理》DOI: 10.1140/epjp/i2019-12655-5博科園｜科學、科技、科研、科普

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