14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Découvertes avec des Téraflops
Programme SciDAC aux USA
Scientific Discoveries through Advanced Computing
•Modélisation environnement dangereux
•Systèmes complexes (accélérateurs,…) The goal of our research is to obtain a quantitative understanding of the physical phenomena encompassed by quantum
chromodynamics (QCD), the fundamental theory governing the strong interactions. Achievement of this goal requires terascale numerical simulations. The SciDAC Program is enabling U.S. theoretical physicists to develop the software and prototype the hardware they need to carry out these simulations.
National Infrastructure for Lattice Gauge Computing
Advanced Computing for 21st Century Accelerator Science and Technology
Shedding New Light on Exploding Stars: Terascale Simulations of Neutrino-Driven Supernovae and Their Nucleosynthesis
SciDAC Center for Supernova Research
P. Roudeau
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
LQCD-France
Groupe de théoriciens actifs et reconnus
dans la communauté internationale LQCD
LQCD est important (indispensable?) pour théoriciens et expérimentateurs concernés par les interactions fortes.
Moyens de calculs insuffisants pour participer au nouveau challenges de cette discipline
Scientific Discoveries through Advanced Computing
•Environnement dangereux
•Systèmes complexes (accélérateurs,…)
Info besoins (2002)Workshop Avril 2004(théoriciens, exp., expertsinternationaux)
Diverses actions depuis…….
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
QCD
QCD est une théorie extrêmement élégante… et complexe
On ne sait effectuer des calculs, relativement précis, que dans des domaines particuliers (gd. transfert).
Tous les domaines où QCD se manifeste sous la forme de champs en interaction forte nécessitent l’utilisation des méthodes de calcul sur réseau.
SU(3), 1 cste de couplage, mq
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Propriétés de LQCD•C’est la « vraie » QCD
•Actuellement limitée par les
algorithmes et la technologie
•On peut étudier des situations physiques avec des valeurs non-physiques (masses des quarks, nb. de saveurs, processus, …)
Objectif: comprendre la structure et les interactions des hadrons à partir du Lagrangien de QCD
•Calcul d’observables expérimentales•Comprendre comment QCD « fonctionne »
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Quelques domaines où interviennent ces calculs
Physique des particulesMasses des quarksStructure du vide de QCDConstante de couplage (αs)
Physique nucléaireDiagramme de phases de la matière hadroniquePhysique nucléaire ab-initio
Physique hadroniqueMasses des hadronsEtats exotiquesFonctions de structure et de spin des hadrons
AutresSUSY, univers primordialGravité quantiqueVerres de spin, turbulenceContacts: protéines, chimie quantique
Ref: F. Wilczek (Prix Nobel 2004)« Opportunities, challenges and Fantasies in Lattice QCD » hep-ph/0212041
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Besoins de multi-TéraflopsJusqu’à récemment:
Précision limitée par l’approximation du quenching(qui n’inclut pas les effets des quarks de la mer)
ActuellementDéveloppement des algorithmes et des puissances de calcul qui permettent d’inclure les effets dus aux quarks de la mer (cependant les masses simulées de ces quarks sont encore nettement supérieures aux masses physiques des quarks u et d)
Incertitudes ??
Incertitudes contrôlées
Contraintes:Maille fine (limite du continu,échelle à courte distance)Grand volume (quarks légers,pion physique)
Coût~mq-4.5 ~mπ
-9
Tailles:Maille<0.1 FmL(~1/ mπ): 4 Fm403x100 (qq 100 de config.)
(mπ~200 MeV)
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Violation de CP standard?
Sin(2β)=0.704 ± 0.047Sin(2β)=0.726 ± 0.037
Actuellement, LQCD a un impact similaire à celui des usines à Bet pour un coût moindre
But (2006-2007): incertitudes venant de LQCD similaires aux autres sources(cf: S. Sharpe, Orsay Workshop on lattice QCD)
Machines de 10-100 Tflops soutenus
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Masses des quarks
Paramètres fondamentaux (au même titre que celles des neutrinos)
Reliées aux éléments de la matrice CKM via de la Nouvelle Physique?
Spectre extrêmement riche allant de quelques MeV à 200 GeV
Difficile d’obtenir les valeurs des masses mu, md et ms hors LQCD.
ms(2 GeV)|tau =(120±20) MeV
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Physique hadronique
•Comparaison entre calculs, à partir du Lagrangien de QCD, et résultats expt. (masses, fonctions de structure, spin des hadrons, ….)
[APEX, A4, COMPASS, G0, JLAB,…H1, D0, LHC]
•Comprendre comment QCD fonctionne (dépendance en Nc, Nf, masses des quarks, instantons, effet de corde, GPD)
•Calculs avec quarks dynamiques indispensables.
•Valider des modèles phénoménologiques et des théories effective (détermination de paramètres: chiraux ou développements en 1/m )
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Physique hadroniqueCandidats « glueballs »?
Aucun fermement établi expt.
Résonance de RoperModèle de quarks: mN<mN* <mN’
Expt: 939 1535 1440
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Physique hadronique
hep-lat/0404005
Spin du proton
Fonction de structure
0.2 0.4 0.6 0.8
q légers indispensables
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Plasma quarks-gluons
•Approx. quenched: Tc=270 MeV,
transition de phase du 1er ordre
•Calculs unquenched: Tc=170 MeV,
transition de phase?
hep-lat/0010027
Études encore limitées à des π « lourds »
[RHIC, ALICE]
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Plasma quarks-gluons
hep-lat/0408046
Équation d’état en présence de baryons
μ=0nf=2, 163x4, mPS/ mV=0.7
pSB/ T4 ~4,06
q plus légers,réseaux plus grands,indispensables
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Autres aspects (physique des particules)
• Univers primordial: baryon/anti-baryon, reliques du plasma q-g?
•Gravité quantique
•SUSY
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Le chaînon manquant!
accélérateur détecteur
LQCDcalculateur
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Équipements en cours
USAProgramme SciDAC10 Tflops (QCDOC à Brookhaven en 2004)10 Tflops de cluster de PC en 2006 à Fermilab et à Jlab
(actuellement clusters de qq centaines de Gflops)
EuropeRoyaume-Uni: 12 Tflops (QCDOC à Edimbourg)Italie (5 Tflops + 5 Tflops en 2005 apeNEXT à Rome )Allemagne (5 Tflops apeNEXT à Bielefeld + demande similaire à DESY-Zeuthen, 5 Tflops cluster de PC à Wuppertal)CERN projet d’un cluster de PC de 200 GflopsFrance?? (qq diz. de Gflops actuellement)
1/3001/300
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
apeNEXT
San Diego, March 27th 2003 Roberto De Pietri -- chep03 28
• T, V, I monitored;• Interfaced to I2C control network
PB Prototype
Prix à l’issue d’un appel d’offres:0,554 Euro/Mflops
1 Mflop soutenu~ 1 Euro (apeNEXT, QCDOC)~ 4 Euros (cluster PC)
16x1,6 Gflops
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apeNEXT
32 cartes= 0,8 Tflops
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Demande pour LQCD en France(O. Pène [SPM], P. Roudeau [IN2P3])
3 Tflops apeNEXT installés à l’université Roma 1(La Sapienza)Puissance en rapport avec la taille de la communauté française, comparée à celle des autres pays
Participation aux développements vers des puissances plus élevéesCadre européen (l’installation de Rome devient un centre Européen)
Budget envisagé2005 1,8 MEuros (achat apeNEXT, commande fin 2004)2006 0,3 MEuros (fonctionnement + R&D)2007 1,0 MEuros (upgrade du système + R&D)2008 1,0 MEuros (upgrade du système+ R&D)2009 0,5 Meuros (R&D + prototype)2010 1,6 MEuros (?) (achat nouvelle génération)
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Expérimentateurs/ThéoriciensGDR LQCD
Calculer MesurerFutures machines et algorithmesAutres secteurs que QCD (Univers primordial,..)Autres disciplines
Contacter: Jaume [email protected]
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
C’est le bon moment!
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Surplus
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Violation de CP standard?
En 2010cotés
angles
But: incertitudes venant de LQCD similaires aux autres sources(cf: S. Sharpe, Orsay Workshopon lattice QCD) Machines de 10-100 Tflops soutenus
2222 2
2 26 s s s
*tFs B B B B W ts tb
W
mGm m f B m S V V
m
2% 30% 6% 4%<1%Exp.
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Saveurs au futur
Conséquences?
Résultats nouveaux de LQCD attendus: B, fB, facteurs de forme(Entrée en production de plusieurs centres)
Mesures dédiées aux usines à c- et b- (validation)(fD, Dπ/K l υ)
On s’attend à réduire les incertitudes au niveau de 1 à qq. % (pas 1/1000)
14/10/2004 QCD sur réseau (La Colle sur Loup)
Équipements en cours
USAProgramme SciDAC10 Tflops (QCDOC à Brookhaven en 2004)10 Tflops de cluster de PC en 2006 à Fermilab et à Jlab
(actuellement clusters de qq centaines de Gflops)
EuropeRoyaume-Uni: 12 Tflops (QCDOC à Edimbourg)Italie (5 Tflops + 5 Tflops en 2005 apeNEXT à Rome )Allemagne (5 Tflops apeNEXT à Bielefeld + demande similaire à DESY-Zeuthen, 5 Tflops cluster de PC à Wuppertal)CERN projet d’un cluster de PC de 200 GflopsFrance?? (qq diz. de Gflops actuellement) ~10 Tflops/300