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Dissertation

Autor(en): Francesco Virotta
Titel: Critical slowing down and error analysis of lattice QCD simulations
Gutachter: Ulrich Wolff; Rainer Sommer; Luigi Del Debbio
Erscheinungsdatum: 07.05.2012
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100201646)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Gitter QCD, Fehleranalyse, auto-correlations, Markov Chain Monte Carlo
Schlagwörter (eng): Lattice QCD, error analysis, Markov Chain Monte Carlo, auto-correlations
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung (CC BY NC)
Zitationshinweis: Virotta, Francesco: Critical slowing down and error analysis of lattice QCD simulations; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 07.05.2012, urn:nbn:de:kobv:11-100201646
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Abstract (ger):
In dieser Arbeit untersuchen wir das Critical Slowing down der Gitter-QCD Simulationen. Wir führen eine Vorstudie in der quenched Approximation durch, in der wir feststellen, dass unsere Schätzung der exponentiellen Autokorrelation wie $\tauexp(a) \sim a^{-5} $ skaliert, wobei $a$ der Gitterabstand ist. In unquenched Simulationen mit O(a)-verbesserten Wilson-Fermionen finden wir ein ähnliches Skalierungsgesetz. Die Diskussion wird von einem gro\ss{}en Satz an Ensembles sowohl in reiner Eichtheorie als auch in der Theorie mit zwei entarteten Seequarks unterstützt. Wir haben darüber hinaus die Wirkung von langsamen algorithmischen Modi in der Fehleranalyse des Erwartungswertes von typischen Gitter-QCD-Observablen (hadronische Matrixelemente und Massen) untersucht. Im Kontext der Simulationen, die durch langsame Modi betroffen sind, schlagen wir vor und testen eine Methode, um zuverlässige Schätzungen der statistischen Fehler zu bekommen. Diese Methode soll in dem typischen Simulationsbereich der Gitter-QCD helfen, nämlich dann, wenn die gesamte erfasste Statistik O(10)\tauexp ist. Dies ist der typische Fall bei Simulationen in der Nähe des Kontinuumslimes, wo der Rechenaufwand für die Erzeugung von zwei unabhängigen Datenpunkten sehr gro\ss{} sein kann. Schlie\ss{}lich diskutieren wir die Skalenbestimmung in N_f=2-Simulationen mit der Kaon Zerfallskonstante f_K als experimentellem Input. Die Methode wird zusammen mit einer gründlichen Diskussion der angewandten Fehleranalyse erklärt. Eine Beschreibung der öffentlich zugänglichen Software, die für die Fehleranalyse genutzt wurde, ist eingeschlossen.
Abstract (eng):
In this work we investigate the critical slowing down of lattice QCD simulations. We perform a preliminary study in the quenched approximation where we find that our estimate of the exponential auto-correlation time scales as $\tauexp(a)\sim a^{-5}$, where $a$ is the lattice spacing. In unquenched simulations with O(a) improved Wilson fermions we do not obtain a scaling law but find results compatible with the behavior that we find in the pure gauge theory. The discussion is supported by a large set of ensembles both in pure gauge and in the theory with two degenerate sea quarks. We have moreover investigated the effect of slow algorithmic modes in the error analysis of the expectation value of typical lattice QCD observables (hadronic matrix elements and masses). In the context of simulations affected by slow modes we propose and test a method to obtain reliable estimates of statistical errors. The method is supposed to help in the typical algorithmic setup of lattice QCD, namely when the total statistics collected is of O(10)\tauexp. This is the typical case when simulating close to the continuum limit where the computational costs for producing two independent data points can be extremely large. We finally discuss the scale setting in Nf=2 simulations using the Kaon decay constant f_K as physical input. The method is explained together with a thorough discussion of the error analysis employed. A description of the publicly available code used for the error analysis is included.
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Generiert am 19.12.2014, 05:46:36