14/10/2004QCD sur réseau (La Colle sur Loup) Découvertes avec des Téraflops Programme SciDAC aux USA Scientific Discoveries through Advanced Computing

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


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…….


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


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 »


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


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)


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


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


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 )


Physique hadroniqueCandidats « glueballs »?

Aucun fermement établi expt.

Résonance de RoperModèle de quarks: mN<mN* <mN’

Expt: 939 1535 1440


Physique hadronique

hep-lat/0404005

Spin du proton

Fonction de structure

0.2 0.4 0.6 0.8

q légers indispensables


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]


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


Autres aspects (physique des particules)

• Univers primordial: baryon/anti-baryon, reliques du plasma q-g?

•Gravité quantique

•SUSY


Le chaînon manquant!

accélérateur détecteur

LQCDcalculateur


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


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


apeNEXT

32 cartes= 0,8 Tflops


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)


Expérimentateurs/ThéoriciensGDR LQCD

Calculer MesurerFutures machines et algorithmesAutres secteurs que QCD (Univers primordial,..)Autres disciplines

Contacter: Jaume [email protected]


C’est le bon moment!


Surplus


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.


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)


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

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