فيزياء الجسيمات الحاسوبية

ملاحظة: يحتوي هذا القسم على مقتطف من كتاب "الجبر الحاسوبي في فيزياء الجسيمات" لستيفان واينزيرل

يُعدّ علم فيزياء الجسيمات مجالًا هامًا لتطبيقات الجبر الحاسوبي، ويستفيد من إمكانيات أنظمة الجبر الحاسوبي (CAS). ويُسهم ذلك في توفير معلومات قيّمة لتطوير هذه الأنظمة. وبالنظر إلى تاريخ أنظمة الجبر الحاسوبي ، نجد أن أولى البرامج تعود إلى ستينيات القرن العشرين. ^{[ 9 ]} وكانت هذه الأنظمة الأولى تعتمد بشكل شبه كامل على لغة ليسب (لغة برمجة القوائم) . وليسب لغة مُفسَّرة ، وكما يوحي اسمها، فهي مُصممة لمعالجة القوائم . وقد قُورنت أهميتها في برامج الحاسوب الرمزية في بداياتها بأهمية لغة فورتران في البرامج العددية في الفترة نفسها. ^{[ 9 ]} وفي تلك الفترة الأولى، تميّز برنامج ريدوس (REDUCE) ببعض الخصائص الخاصة التي تُناسب تطبيقات فيزياء الطاقة العالية. وكان برنامج شونشيب (SCHOONSHIP) استثناءً من البرامج القائمة على ليسب ، حيث كُتب بلغة التجميع بواسطة مارتينوس جيه جي فيلتمان ، وصُمم خصيصًا لتطبيقات فيزياء الجسيمات. أدى استخدام لغة التجميع إلى برنامج فائق السرعة (مقارنةً بالبرامج المفسرة في ذلك الوقت)، وسمح بحساب عمليات تشتت أكثر تعقيدًا في فيزياء الطاقة العالية. وقد أُشير إلى أن أهمية البرنامج قد تم تقديرها عام 1998 بمنح نصف جائزة نوبل لفيلتمان. ^{[ 9 ]} كما يستحق برنامج MACSYMA الذكر صراحةً، لأنه أدى إلى تطور هام في مجال الخوارزميات. في ثمانينيات القرن العشرين، بدأ كتابة أنظمة جبر حاسوبية جديدة بلغة C. وقد مكّن ذلك من استغلال موارد الحاسوب بشكل أفضل (مقارنةً بلغة LISP المفسرة)، وفي الوقت نفسه سمح بالحفاظ على قابلية النقل (وهو أمر لم يكن ممكنًا في لغة التجميع). شهدت هذه الفترة أيضًا ظهور أول نظام جبر حاسوبي تجاري، ومن أشهر أمثلته Mathematica و Maple . بالإضافة إلى ذلك، ظهرت بعض البرامج المتخصصة، ومن الأمثلة ذات الصلة بفيزياء الجسيمات برنامج FORM الذي طوره ج. فيرماسيرين كخليفة (قابل للنقل) لبرنامج SCHOONSHIP. في الآونة الأخيرة، أصبحت قضايا قابلية صيانة المشاريع الكبيرة ذات أهمية متزايدة، وتغير نموذج البرمجة العام من البرمجة الإجرائية إلى التصميم الموجه للكائنات . وعلى صعيد لغات البرمجة، انعكس ذلك في الانتقال من لغة C إلى لغة C++بعد هذا التحول في المنهجية، تم تطوير مكتبة GiNaC. تتيح مكتبة GiNaC إجراء العمليات الحسابية الرمزية في لغة C++.

يمكن أيضًا استخدام توليد الشفرة للجبر الحاسوبي في هذا المجال.

ابتكر كينيث ويلسون نظرية المجال الشبكي عام 1974. ^{[ 10 ]} وتم تطوير تقنيات المحاكاة لاحقاً انطلاقاً من الميكانيكا الإحصائية. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي، كان باحثو نظرية الديناميكا اللونية الكمومية الخطية (LQCD) روادًا في استخدام الحواسيب المتوازية الضخمة في التطبيقات العلمية الكبيرة، مستخدمين جميع أنظمة الحوسبة المتاحة تقريبًا، بما في ذلك الحواسيب المركزية التقليدية، ومجموعات الحواسيب الشخصية الكبيرة ، والأنظمة عالية الأداء. إضافةً إلى ذلك، استُخدمت هذه النظرية كمعيار للحوسبة عالية الأداء ، بدءًا من حاسوب IBM Blue Gene العملاق.

في نهاية المطاف، تم إنشاء شبكات بيانات الكمومية الكروموديناميكية الوطنية والإقليمية: LATFOR (أوروبا القارية)، وUKQCD، وUSQCD. أما ILDG (شبكة بيانات الشبكة الدولية) فهي مشروع دولي يضم شبكات من المملكة المتحدة والولايات المتحدة وأستراليا واليابان وألمانيا، وقد تأسست عام 2002. ^{[ 13 ]}