[論文レビュー] Mesonic and baryonic correlation functions at fine lattice spacings

Stefano Capitani, Michele Della Morte+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、$N_f=2$ O(a)-改良されたウィルソンフェルミオンとウィルソンプラネタリティゲージ作用素を用いた大規模なラティスQCDシミュレーションを、$a \approx 0.06$ fmの細かい格子間隔、$96 \times 48^3$の格子上で実施した。コンmodityクラスタを用いた細かい解像度でのシミュレーションの実現可能性を示し、DD-HMCアルゴリズムの性能を報告するとともに、$m_\pi L \approx 5.3$の条件下で初期のπ中間子質量を362 MeVまで低下させることに成功した。また、トポロジカルな電荷における臨界遅れの問題に対処し、$K^*/K$質量比を用いたスケール設定の妥当性を検証した。

ABSTRACT

We report on our on-going project to compute mesonic and baryonic two- and three-point correlation functions in simulations using Nf=2 flavours of O(a) improved Wilson quarks and the Wilson plaquette action. We present performance figures for the DD-HMC algorithm on commodity cluster hardware and discuss the issue of critical slowing down, which is particularly pronounced for the topological charge. The effectiveness of stochastic noise sources and Jacobi smearing are investigated. Our preliminary results obtained at three quark masses on 96x48^3 at beta=5.5 imply that the lattice spacing is about 0.06 fm, while the smallest pion mass in the current runs is around 360 MeV, which corresponds to m_pi*L=5.3.

研究の動機と目的

• 細かい格子間隔における大規模なラティスQCDアンサンブルの生成と解析を行い、連続極限への制御された外挿しを可能にする。
• コンmodityハードウェア上で$N_f=2$動的フェルミオンシミュレーションに適したDD-HMCアルゴリズムの性能とスケーラビリティを調査する。
• 特にトポロジカル電荷における臨界遅れを調査し、熱化と自己相関時間に与える影響を評価する。
• $(K^*/K)$質量比を用いてラティススケールを設定し、相関関数から物理的π中間子質量を抽出する。
• HYP-Jacobiスムージングと確率的ソースを用いて、バリオン相関関数における基底状態の重ね合わせを向上させる。

提案手法

• AMD BarcelonaプロセッサとInfiniband接続を備えた280ノードの'Wilson'クラスタ上でシミュレーションを実行した。
• 受容率の向上と自己相関時間の短縮を目的に、デフラクション加速を施したDD-HMCアルゴリズムを採用した。
• O(a)-改良ウィルソンクォークとウィルソンプラネタリティゲージ作用素を用い、$c_{\rm sw} = 1.75150$、$\beta = 5.5$とした。
• 基底状態の投影を強化するため、確率的ノイズソースと「太い」リンク（APEおよびHYP）を用いたジャコビスムージングを適用した。
• 物理的値$ m_K/m_{K^*} = 0.554 $に一致するように、$(m_K/m_{K^*})^2$比を補間することでラティススケールを決定した。
• 確率的ソースを用いた2点相関関数への単一指数関数的フィットによりπ中間子質量を計算し、すべてのアンサンブルで$m_\pi L > 5$を維持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンmodityハードウェア上で、細かい格子間隔($a \approx 0.06$ fm)における大規模な$N_f=2$ラティスQCDシミュレーションを効率的に行うことは可能か？
• RQ2 $a \approx 0.06$ fmの条件下で、臨界遅れがトポロジカル電荷に与える影響はいかほどか？
• RQ3 HYP-Jacobiスムージングと確率的ソースは、バリオン相関関数における信号対ノイズ比をどの程度向上させるか？
• RQ4 $a \approx 0.06$ fmの条件下で、$K^*/K$質量比を信頼性を持ってラティススケール設定に用いることができるか？
• RQ5 $a \approx 0.06$ fmおよび$N_f=2$動的クォークを用いたシミュレーションで、達成可能なπ中間子質量と$m_\pi L$値は何か？

主な発見

• 物理的入力$ m_K = 495 $ MeV を用い、$K^*/K$質量比からラティス間隔を$a = 0.0603(15)$ fmと決定した。
• 達成された最小のπ中間子質量は$362(9)$ MeVであり、$m_\pi L = 5.306(23)$に対応し、すべてのアンサンブルで$m_\pi L > 5$を維持した。
• 臨界遅れの影響にもかかわらず、3000本の熱化トレースを除外した後、トポロジカル電荷は対称的分布を示し、特定のセクターに偏りや閉じ込めがないことが確認された。
• DD-HMCアルゴリズムは平均受容率85–87%を達成し、クラスタ上で3.6 TFlopsの持続性能を発揮した。コスト効率は0.30 €/MFlopsであった。
• HYP-Jacobiスムージングは、点源と比較して核子有効質量プロットのプラトー領域を著しく改善し、基底状態支配性の向上を示した。
• 最も軽いクォーク質量におけるプラケットの統合自己相関時間は16(3)トレースと測定され、中程度の熱化効率を示した。