Il nostro gruppo si occupa dello sviluppo di strategie numeriche in grado di beneficiare dei recenti progressi nei sistemi di calcolo HPC, con un'enfasi sulle architetture a molti core. Nello specifico ci siamo focalizzati sullo sviluppo di un nuova strategia multi-level, basata sulla decomposizione in domini dell'algoritmo Hybrid Monte Carlo. Le nostre prospettive includono l'integrazione di questo algoritmo con le simulazioni di tipo master-field e lo studio ad alta precisione della rottura di stringa in QCD.

Il gruppo di Fisica Computazionale ha una lunga esperienza nello studio delle architetture di calcolo più efficienti per i problemi “computing intensive” quali le simulazioni numeriche delle interazioni forti. Oltre ad essere stati tra i pionieri della nascita delle simulazioni numeriche non perturbative della Cromodinamica Quantistica (QCD), agli inizi degli anni ’80 del Novecento, alcuni membri del gruppo hanno contribuito al progetto e alla realizzazione di quattro generazioni di computer la cui architettura era dedicata alle strutture di calcolo tipiche della simulazione della QCD su reticolo. Dalla prima macchina APE (1985), dotata di una potenza di calcolo di 1 GFlops, si è arrivati ad apeNEXT (2002) con una potenza di calcolo di circa 800 GFlops passando per altri due progetti di potenze intermedie.

Questi computer hanno permesso alla comunità italiana di QCD su reticolo di essere tra i gruppi di punta in questo campo di ricerca ottenendo risultati che, per affidabilità statistica e sistematica, erano tra i migliori disponibili al momento e sarebbero stati irraggiungibili con risorse di calcolo ordinarie. 

Il progetto APE è stato costantemente finanziato dall’INFN diventando ben presto una grande collaborazione internazionale con installazioni nei principali centri di ricerca europei. Una descrizione del progetto con le referenze utili per approfondirne l’evoluzione è in:

• Computing for LQCD: apeNEXT
• apeNEXT: A MULTI-TFLOPS LQCD COMPUTING PROJECT
• Inspirehep APE collaboration

Il nostro gruppo si occupa dello sviluppo di codici altamente parallelizzabili, ottimizzati per le ultime generazioni di architetture e altamente scalabili. Abbiamo contribuito a svariati pacchetti software, pubblici e open-source, come openQCD, DDHMC, Grid e gpt. Infine siamo gli autori ed editor principali del pacchetto di analisi pyobs, anch'esso pubblico e open-source.

Ricerca e sviluppo: cluster KNUTH

• 12 nodes with Intel Xeon Silver, 20 nodes with AMD Epyc 7302
• 1 node with 2x AMD Epyc 7302 and 4x Nvidia A100 SXM4
• 4.5 TB total RAM
• Infiniband EDR 100 Gbit/s
• Master node with 2x Intel Xeon 4208 and 192 GB RAM
• Storage 16 TB SSD

Insegnamento: cluster WILSON

• 20 nodes with 2x Intel Xeon E5-2630
• 1.3 TB total RAM
• Infiniband 40 Gbit/s
• Master node 2x Intel Xeon E5-2603, 32GB RAM
• Storage 6 TB
• 30 Raspberry Pi 3B+ workstations remotely connected to the cluster (Laboratorio Fisica Computazionale “Marco Comi”)

• CINECA
• openQCD
• DD-HMC
• Grid
• gpt
• pyobs

Lo studio non perturbativo delle teorie di campo relativistiche è necessario per la comprensione di molti fenomeni in Fisica dove le interazioni tra i costituenti fondamentali sono forti. La nostra ricerca si concentra principalmente sulle seguenti aree:

Al momento, la discrepanza tra la predizione teorica e la misura sperimentale del momento magnetico anomalo del muone è una promettente direzione per individuare nuova fisica oltre il modello Standard. La predizione teorica dei contributi adronici, che domina l’errore teorico, è basata su relazioni di dispersione che necessitano di ulteriori input sperimentali. L’unico metodo per ottenere una predizione da principi primi è Lattice QCD, e il nostro gruppo avvalendosi di nuovi algoritmi multi-level si sta occupando del calcolo dei contributi adronici al (g-2) del muone con lo scopo di raggiungere la precisione del per-mille.

La violazione della simmetria CP da parte del Modello Standard non è sufficiente a spiegare la differenza tra materia/antimateria osservata nell’universo. Decadimenti adronici che violano CP, e processi simili in fisica del sapore, sono dunque un eccellente laboratorio per testare la validità del Modello Standard e per identificare possibili discrepanze e segni di fenomeni fondamentali sconosciuti. La predizione delle ampiezze adroniche rilevanti in questi processi può essere ottenuta solo tramite simulazioni di QCD su reticolo. Nel nostro gruppo siamo interessati sia al loro calcolo diretto utilizzando il formalismo esistente basato sul volume finito, sia alla formulazione di nuove strategie formali per l’estrazione di queste ampiezze da correlatori Euclidei.

La QCD svolge un ruolo cruciale e determinante nei fenomeni legati al comportamento collettivo di particelle fortemente interagenti, i quali si manifestano in astrofisica e in cosmologia come anche nelle collisioni di ioni pesanti. Il comportamento previsto dalla teoria è, però, noto solo fino a temperature intorno a 1-2 GeV a causa di difficoltà di tipo computazionale. Il nostro gruppo ha proposto e sviluppato una formulazione teorica innovativa che supera i problemi numerici che impediscono di studiare la QCD ad alta temperatura con approcci che, al momento, sono lo stato dell'arte. Il metodo è basato sulla formulazione nel path-integral della teoria quantistica in un sistema di riferimento in moto: in questo contesto, si derivano delle nuove equazioni numericamente molto efficienti per il calcolo non perturbativo di quantità termodinamiche mediante simulazioni Monte Carlo su reticolo. La tecnica è stata già impiegata con successo nel calcolo dell’Equazione di Stato nella teoria di Yang-Mills SU(3) fino a temperature molto elevate e si sta attualmente estendendo lo studio alla QCD; il metodo è stato anche determinante per la prima misura delle masse di screening mesoniche in QCD fino a temperature ben oltre la scala Elettro-Debole. In entrambi i casi, sebbene la teoria delle perturbazioni sia valida a temperature asintoticamente alte, è emerso che non fornisce una descrizione adeguata della dinamica della QCD alla scala elettrodebole.

M. Bruno, C. Destri, L. Giusti, M. Pepe, F. Rapuano, Doctoral students and postdoc.

• [2021-2023] QCDLAT, INFN national project
• [2021] MLHVP - Multi-Level measurement of the Hadron Vacuum Polarization in Lattice QCD, PRACE
• [2019-2020] EoSQCD – Equation of State of QCD, PRACE
• [2019-2020] The Equation of State of QCD, ISCRA
• [2019-2020] The anomalous magnetic moment of the muon with a multi-level algorithm, ISCRA
• [2019] Gradient Flow coupling in a massive scheme, HLRN
• [2018-2020] New frontiers in lattice field theory for the SM and beyond, INFN national project
• [2016-2018] High performance data network, INFN special project

• CERN Theory department
• CLS
• DESY Zeuthen
• BNL
• Higgs Centre for Theoretical Physics
• Università degli Studi di Parma
• Università degli Studi di Roma Tor Vergata
• Sapienza Università di Roma
   

• GGI
• latticejobs
• latticenews
• MIT Virtual lattice seminar series
• MIT Centre for Theoretical Physics
• MITP
• INT

• The Standard Model and a new algorithmic invention to measure the specific properties of one of its fundamental particles - the muon
• Magnetismo anomalo del muone: una sfida per la prossima generazione di supercalcolatori
• Destra o sinistra, che direzione scelgono i quark? Ce lo dice il super computer
• Destra o sinistra: è un supercommputer a dirci la direzione che prendono i quark
• New Calculation Refines Comparison of Matter with Antimatter