Lattice QCD determination of hadron masses and weak matrix elements

計畫名稱:Lattice QCD determination of hadron masses and weak matrix elements

所屬單位:物理系

研究團隊:格點場論研究小組

計畫主持人:趙挺偉

研究人員:謝東翰, 施羅斯(Wolfram Schroers), 小川兼司(Kenji Ogawa)

資源需求:Unix, self developed C/C++ program parallelized using MPI library

使用期間:2004/02~

研究主題:
格點量子色動力學 (Lattice QCD) 是目前以非微擾的方式研究強作用力 (Strong Interaction) 規範場理論中,最成功且有效的方法。我們的研究團隊是台灣最早採用此研究方法,並獲得許多重大研究成果的團隊。我們是直接從格點化的 QCD作用量出發,在時空格點上用 Monte Carlo 法進行第一原理的強作用力規範場模擬計算,接著由規範場組態中計算夸克傳播子 (quark propagator),最後再由夸克傳播子組成可用來「探測」各種物理量的運算子,以得出物理結果。

研究內容概述:
在 Lattice QCD 的研究中,如何在格點化的時空點上寫下費米運算子,使其保有所有連續化理論中重要性質,長久以來一直是一大挑戰。直到上個世紀末,Domain Wall fermion [1] 與 Overlap 費米運算子 [2,3] 等理論提出後,由於其在時空格點上仍保有精確手則對稱 [4],於是格點上的費米運算子終於有正確的實作方案。TWQCD Collaboration的主持人趙挺偉教授,也在此方面的理論發展中做出許多重要的貢獻。在 2003 年,他提出了 Optimal Domain Wall fermion [5,6],不僅在五維格點 (即四維時空格點再加上一維的 internal flavor space) 上寫下具精確手則對稱「最佳化」的費米運算子,成功地闡釋了時空格點上的費米場,並以統一的觀點解釋四維的 Overlap 運算子以及五維的 Domain Wall fermion 之間的連繫,實為 Lattice QCD 理論發展史上傑出的貢獻。

我們團隊的研究方向,主要包括具精確手則對稱之費米運算子的理論發展與實作、強子能譜與衰變常數、強作用力規範場的拓樸結構 (topological structure)、以及具精確手則對稱之動態費米子 (dynamical fermion) 的理論研究等。在過去,我們採用了 Nested Conjugate Gradient [7,8] 與 Double Pass [9,10] 演算法,開發了可以在大規模平行計算環境下,進行 Overlap 運算子之 quark propagator 及 near-zero eigenmodes 的計算程式,並在強子能譜 (hadron spectroscopy)方面的研究中得到許多重要的成果。自 2006 年下半年開始,我們開始與日本 JLQCD 團隊合作,進行動態費米子計算以及其規範場的拓樸性質研究。以下就我們近三年來的研究方向與成果,做一個概略性的介紹。

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