GPU Hochleistungsrechenanlage

• Fachliche Zuordnung: Teilchen, Kerne und Felder
• Förderung: Förderung in 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200413074

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die wissenschaftlichen Arbeiten, die mithilfe des GPU-Clusters durchgeführt wurden, haben sich auf zwei größere Themenbereiche konzentriert. (i) Phasendiagramm der Quantenchromodynamik (QCD): Hier wurden durch numerische Simulation der QCD mit den beiden leichten u und d Quarks und dem etwas schwereren strange Quark insbesondere Fluktuationen und Korrelationen von Quantenzahlen wie der Baryonzahl, Strangeness und der elektrischen Ladung auch in höheren Ordnungen berechnet. Mithilfe dieser Größen wurde die QCD bei nicht-verschwindenden chemischen Potenzialen untersucht und insbesondere Parameter ermittelt, bei denen das in Schwerionenexperimenten an RHIC und LHC erzeugte Quark-Gluon Plasma ausfriert. Dabei konnte darüberhinaus festgestellt werden, dass eine konsistente Thermodynamik bei Temperaturen in der Nähe der Übergangs zum Quark-Gluon Plasma die Existenz bisher noch nicht entdeckter Hadronen nahelegt. (ii) Eigenschaften von Hadronen in dichter Materie: Durch die Berechnung von hadronischen Korrelationsfunktionen auf großen Eichfeldkonfigurationen bei verschiedenen Gitterabständen bis zu einem einem Volumen von 192^3xNt wurden die Spektraleigenschaften und Transportkoeffizienten für leichte und schwere Quarks berechnet. Im leichten Sektor ermöglichte dies die Bestimmung der Temperaturabhängigkeit von Dileptonraten und der elektrischen Leitfähigkeit. Basierend auf verschiedenen Gitterabständen wurden für diese Resultate Kontinuumsextrapolationen durchgeführt. Im schweren Sektor ermöglichten die feinen Gitter neben der Untersuchung von charmonium Zuständen zum ersten Mal auch eine relativistische Berechnung von hadronischen Korrelatoren für bottomonium Zustände. Erste Resultate hierfür sind vielversprechend und zeigen Anzeichen für ein sequentielles Schmelzen von Bindungszuständen schwerer Quarks im Quark Gluon Plasma. Durch weitere Berechnungen werden in naher Zukunft auch hierfür kontinuumsextrapolierte Ergebnisse vorliegen. Neben der Untersuchung von Bindungszuständen schwerer Quarks erlauben die Ergebnisse eine Bestimmung der Temperatur und Massen Abhängigkeit der Diffusions Koeffizienten schwerer Quarks. Im Limes schwerer Quarks wurde zum ersten Mal eine Kontinuumsabschätzung dieses Diffusions Koeffizienten berechnet. Dieser ermöglichte eine Abschätzung der Thermalisierugsrate schwerer Quarks im Quark Gluon Plasma. Dies ist eine wichtige Größe, die eine Erklärung für die experimentelle Beobachtung liefern kann, dass in Schwer-Ionen Kollisionen schwere Quarks auf einer ähnlichen Zeitskala equlibirieren wie leichte Quarks. Die beiden Themenkomplexe stellen unterschiedliche Anforderungen an Soft- und Hardware. Die Rechnungen zu (i) wurden fast ausschließlich auf den GPUs durchgeführt. Parallel dazu konnten die Rechnungen zu (ii) auf den cores der CPUs ausgeführt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Freeze-out Conditions in Heavy Ion Collisions from QCD Thermodynamics“ Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 192302
  A. Bazavov et al. (BNL-Bielefeld-CCNU collaboration)
  
• “Strangeness at high temperatures: from hadrons to quarks“ Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 082301
  A. Bazavov et al. (BNL-Bielefeld-CCNU collaboration)
  
• The melting and abundance of open charm hadrons“ Phys. Lett. B737 (2014) 210
  A. Bazavov et al. (BNL-Bielefeld-CCNU collaboration)
  
• “Additional Strange Hadrons from QCD Thermodynamics and Strangeness Freezeout in Heavy Ion Collisions“ Phys. Rev. Lett. 113 (2014) 072001
  A. Bazavov et al. (BNL-Bielefeld-CCNU collaboration)
  
• “Charmonium dissociation and heavy quark transport in hot quenched lattice QCD“ EPJ Web Conf. 70 (2014) 00061
  H.-T. Ding, A. Francis, O. Kaczmarek, F. Karsch, H. Satz, W. Soeldner
  
• “Continuum estimate oft he heavy quark momentum diffusion coefficient \kappa“ Nucl. Phys. A931 (2014) 633
  O. Kaczmarek
  
• “Conjugate gradient solvers on Intel Xeon Phi and NVIDIA GPUs“
  O. Kaczmarek, C. Schmidt, P. Steinbrecher, M. Wagner
  
• “Critical point and scale setting in SU(3) plasma: An update“ Phys. Rev. D91 (2015) 096002
  A. Francis, O. Kaczmarek, M. Laine, T. Neuhaus, H. Ohno
  
• “Microscopic origin of U_A(1) symmetry violation in the high temperature phase of QCD“ Phys. Rev. D91 (2015) 094504
  V. Dick, F. Karsch, E. Laermann, S. Mukherjee, S. Sharma
  
• “Static quark-antiquark potential in the quarkgluon plasma from lattice QCD“ Phys. Rev. Lett. 114 (2015) 082001
  Y. Burnier, O. Kaczmarek and A. Rothkopf