Project

Back to overview

Supercomputer simulations of field theories

English title Supercomputer simulations of field theories
Applicant de Forcrand Philippe
Number 175701
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Theoretical Physics
Start/End 01.10.2017 - 30.09.2018
Approved amount 111'096.00
Show all

Keywords (4)

QCD; Sign problem; Lattice gauge theory; Phase diagram

Lay Summary (French)

Lead
L'eau, quand on la chauffe ou qu'on la comprime, se presente sous differentsetats: la vapeur d'eau est gazeuse, l'eau est liquide, les diverses sortesde glace sont solides. En est-il de meme pour la matiere nucleaire, faitede quarks? Nous voulons etudier cette question et determiner les differentsetats de la matiere faite de quarks en fonction de la temperature et dela pression (ou de la densite). Notre etude theorique se presente commele pendant de programmes experimentaux, qui etudient la meme question aumoyen de collisions d'ions lourds a haute energie. La decouverte recented'etoiles a neutrons massives (plus de deux fois la masse du soleil)place des contraintes sur les comportements possibles de la matiere faitede quarks et en fait un sujet "brulant". Le but de notre projet estde tirer parti de progres techniques recents pour avancer l'etat de l'art dessimulations numeriques de la matiere de quarks,afin d'en elucider les proprietes thermodynamiques.
Lay summary
La methode de choix pour l'etude des proprietes non-perturbatives des
quarks et des gluons est la simulation numerique, par Monte Carlo, de
la chromodynamique quantique sur reseau ("lattice QCD"). Malheureusement,
cette methode ne peut pas s'appliquer au cas d'une densite non-nulle de
quarks, a cause du "probleme de signe": le poids statistique de chaque
configuration dans la fonction de partition n'est plus reel positif,
ce qui empeche de l'interpreter comme une probabilite d'echantillonage
dans un processus de Monte Carlo.

Neanmoins, nous voulons profiter de recents progres: d'une part, de
nouvelles observables ont ete proposees par M. Luscher (le "mode number"),
qui devraient etre plus sensibles au changement d'etat de la matiere
de quarks; d'autre part, l'Analyse Numerique a fait des progres dans
l'estimation de la trace d'une fonction matricielle. Ce double progres
devrait nous aider dans deux applications:

A. L'amelioration de la determination de points critiques dans le
diagramme de phase de la QCD.

B. La determination a un ordre plus eleve de l'expansion de Taylor
de la pression de la QCD a densite non-nulle de quarks.

Les calculs a grande echelle requis seront executes en collaboration
avec le Prof. Massimo D'Elia a l'Universite de Pise.
Direct link to Lay Summary Last update: 05.10.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Project partner

Publications

Publication
Rational hybrid Monte Carlo with block solvers and multiple pseudofermions
de Forcrand Philippe, Keegan Liam (2018), Rational hybrid Monte Carlo with block solvers and multiple pseudofermions, in Physical Review E, 98(4), 043306-043306.
Alternatives to the stochastic “noise vector” approach
de Forcrand Philippe, Jäger Benjamin (2018), Alternatives to the stochastic “noise vector” approach, in EPJ Web of Conferences, 175, 14022-14022.
Topological Susceptibility under Gradient Flow
Mejía-Díaz Héctor, Bietenholz Wolfgang, Cichy Krzysztof, Forcrand Philippe de, Dromard Arthur, Gerber Urs, Sandoval Ilya Orson (2018), Topological Susceptibility under Gradient Flow, in EPJ Web of Conferences, 175, 11024-11024.
Strong-coupling lattice QCD on anisotropic lattices
de Forcrand Philippe, Unger Wolfgang, Vairinhos Hélvio (2018), Strong-coupling lattice QCD on anisotropic lattices, in Physical Review D, 97(3), 034512-034512.
Topological Susceptibility of the 2d O(3) Model under Gradient Flow
BietenholzWolfgang, de ForcrandPhilippe, Gerber Urs, Mejia-DiazHector, SandovalIlya, Topological Susceptibility of the 2d O(3) Model under Gradient Flow, in Physical Review D.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
XQCD 2018 Poster RHMC with block solvers and multiple pseudofermions 21.05.2018 Frankfurt, Germany Keegan Liam; de Forcrand Philippe;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
162515 Supercomputer simulations of field theories 01.10.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Numerical, Monte Carlo simulations of Lattice QCD have been enjoying greatsuccess in the investigation of the properties of quarks and gluons.However, this standard approach is not applicable at non-zero quark densitybecause of the notorious ``sign problem'': the weight of each configurationin the partition sum no longer is always positive, which prevents its interpretationas a Monte Carlo sampling probability.Thus, information is noisy and limited to small systems.An ubiquitous measurement step consists of taking the trace of a function ofthe Dirac matrix. Stochastic estimators are used, often at significant computing cost.We want to take advantage of recentdevelopments in Numerical Analysis on this topic.Moreover, improved observables, ''mode numbers'' originally proposed by M. Luscher,can provide more sensitive probes of the properties of QCD.Two applications look promising and important: A. Improving the determination of critical points in the QCD phase diagram.B. Extending the Taylor expansion of the QCD pressure at non-zero quark density.The necessary large-scale simulations will be conducted in collaboration withProf. Massimo D'Elia at the University of Pisa.
-