計算素粒子物理学

計算素粒子物理学とは、素粒子物理学の研究で開発され、使用される方法と計算ツールを指します 。計算化学や計算生物学と同様に、計算素粒子物理学では、計算機科学、理論および実験素粒子物理学、数学に依存する特定の分野であると同時に学際的な分野でもあります。計算素粒子物理学の主な分野は、格子場理論（数値計算）、粒子相互作用または崩壊の自動計算（計算機代数）、イベントジェネレータ（確率的方法）です。^{[1] [2] [3]}

• コンピュータ代数: 多くのコンピュータ代数言語は、当初は粒子物理学の計算を支援するために開発されました: Reduce、Mathematica、Schoonschip、Form、GiNaC。^[4]
• データグリッド:グリッドシステムの最大の用途は、LHCで生成されたデータの分析です。このアプリケーションをサポートするために、 LHCコンピューティンググリッド(LCG)などの大規模なソフトウェアパッケージが開発されています。より広範なeサイエンスコミュニティにおける同様の取り組みとして、英国の研究機関とCERNの素粒子物理学者によるコンソーシアムであるGridPPコラボレーションがあります。^[5]
• データ分析ツール^{[ broken anchar ]} : これらのツールは、素粒子物理学の実験やシミュレーションでは大規模なデータセットが作成されることが多いという事実に着目して開発されました（参考文献を参照）。^{[6] [7] [8]}
• ソフトウェア ライブラリ: 粒子物理学の計算には多くのソフトウェア ライブラリが使用されます。また、モンテ カルロ シミュレーション手法を使用して粒子物理学の相互作用をシミュレートするパッケージ(イベント ジェネレータなど) も重要です。

素粒子物理学はインターネットの初期の歴史において重要な役割を果たしました。ワールド ワイド ウェブは、 1991 年に CERN で働いていた Tim Berners-Leeによって作成されました。

注: このセクションには、Stefan Weinzierl 著の「Computer Algebra in Particle Physics」からの抜粋が含まれています。

素粒子物理学はコンピュータ代数の重要な応用分野であり、コンピュータ代数システム (CAS) の能力を活用しています。これは、CAS の開発に対する貴重なフィードバックにつながります。コンピュータ代数システムの歴史を見ると、最初のプログラムは 1960 年代に遡ります。^{[9]最初のシステムは、ほぼ完全に}LISP (「リスト プログラミング言語」)に基づいていました。LISP はインタープリタ言語であり、その名前が示すように、リストの操作用に設計されています。初期のシンボリック コンピュータ プログラムにおけるその重要性は、同時期の数値プログラムにおける FORTRAN の重要性と比較されています。 ^[10]この最初の時期にすでに、プログラムREDUCEには、高エネルギー物理学への応用のための特別な機能がいくつかありました。LISP ベースのプログラムの例外は、Martinus JG Veltmanによってアセンブラ言語で書かれ、素粒子物理学への応用に特別に設計されたSCHOONSHIPです。アセンブラコードの使用により、（当時のインタープリタ型プログラムと比較して）信じられないほど高速なプログラムが実現し、高エネルギー物理学におけるより複雑な散乱プロセスの計算が可能になりました。このプログラムの重要性は、1998年にノーベル賞の半分をフェルトマンに授与することで認められたと言われています。^{[11]また、} MACSYMAプログラムは、アルゴリズムに関する重要な開発のきっかけとなったため、明示的に言及する価値があります。 1980年代には、新しいコンピュータ代数システムがC で書かれ始めました。これにより、コンピュータのリソースをより有効に活用できるようになり（インタープリタ型言語のLISPと比較して）、同時に移植性を維持できるようになりました（アセンブラ言語では不可能でした）。この時期には、最初の商用コンピュータ代数システムが登場し、その中で最もよく知られている例はMathematicaとMaple です。さらに、いくつかの専用プログラムが登場しました。粒子物理学に関連する例としては、SCHOONSHIPの（移植可能な）後継としてJ.Vermaserenが作成したプログラムFORMがあります。最近では、大規模プロジェクトの保守性の問題がますます重要になり、全体的なプログラミングパラダイムは手続き型プログラミングからオブジェクト指向設計に変わりました。プログラミング言語の観点では、これはCからC++への移行に反映されています。このパラダイムの変化に続いて、ライブラリ GiNaC が開発されました。GiNac ライブラリを使用すると、C++ でシンボリック計算が可能になります。

この分野では、コンピュータ代数のコード生成も使用できます。

格子場理論は1974年にケネス・ウィルソンによって考案されました。^[12]シミュレーション技術は後に統計力学から発展しました。^{[13] [14]}

1980 年代初頭以来、LQCD の研究者は、従来のメインフレーム、大規模PC クラスター、高性能システムなど、利用可能なほぼすべてのコンピューティング システムを使用して、大規模な科学アプリケーションでの超並列コンピューターの使用を先導してきました。さらに、 IBM Blue Geneスーパーコンピューターを皮切りに、高性能コンピューティングのベンチマークとしても使用されてきました。

最終的に、LATFOR（ヨーロッパ大陸）、UKQCD、USQCDといった国別および地域別のQCDグリッドが作成されました。ILDG（国際格子データグリッド）は、英国、米国、オーストラリア、日本、ドイツのグリッドで構成される国際的なベンチャーであり、2002年に設立されました。^[15]

• レ・ウーシュ協定
• CHEPカンファレンス
• 計算物理学

• ブラウン大学。計算高エネルギー物理学 (CHEP) グループ ページ。2015 年 5 月 18 日にWayback Machineにアーカイブされました。
• 国際計算素粒子物理学研究ネットワーク。Wayback Machineに 2016-03-05 にアーカイブ。筑波大学計算科学研究センター。
• CERN におけるコンピューティングの歴史