利用格点正则系综方法研究有限密度条件下QCD相变

有限温度有限密度QCD,特别是QCD相变研究，由于与相对论重离子碰撞(RHIC)以及宇宙粒子物理的密切关系，已成为重要的研究领域。但是，在QCD相变区域（T∈[100; 300]MeV），夸克胶子还属于强耦合系统，无法用传统微扰方式进行研究，而从第一性原理出发的格点QCD数值模拟被认为是可以给出可信结果的理论。本项目中，项目负责人将利用博士期间从事有限温度条件下格点QCD研究的积累，基于与美国合作者共同发展的正则系综方法和已开展的QCD相变研究工作，进一步深入推进有限温度有限密度条件下Nf=2、4系统的 QCD相变研究，包括临界相变点的确定、相变性质研究；并基于Nf=2、4的研究基础，改进算法设计，充分利用"天河一号"超级计算机系统资源，最终将研究工作扩展到当前理论和实验领域都非常关注的Nf=2+1的QCD相变图像领域。

项目在具体实施的过程中，研究内容超出原有计划，从单纯的格点量子色动力学的基础科学研究，发展为一个涉及格点量子色动力学、聚变等离子体等物理科学与超级计算异构并行、自动并行等技术相结合的交叉学科研究。本项目研究工作概括起来主要有两大方面的内容，第一是格点量子色动力学、聚变等离子体和其他高性能计算应用领域基础科学问题研究和应用软件开发、测试，包括格点量子色动力学领域基于正则系综开展的有限温度有限密度条件下QCD 相变研究、基于staggered fermion 的有限温度有线密度条件下矢量介子质量响应研究、基于Wilson fermion的有限温度有线密度条件下Roberge-Weiss相变实质研究，与聚变等离子体大规模并行模拟软件GTC异构并行版本软件开发和大规模测试等；第二个是超级计算领域大规模自动并行技术、异构并行框架理论研究等。项目负责人通过掌握的超级计算技术与粒子物理和核聚变物理、地球物理等领域的专家开展了深入的合作，也取得了有行业、国际影响力的成果。其中，聚变等离子体模拟软件GTC的异构并行版本，已经被国内聚变研究领域的科学家采纳使用，并被美国橡树岭国家实验室的相关开发、科研团队认可应用；千万亿次自动并行系统，也正在生物信息领域在进行应用测试。这些工作也是在本项目的基础上开展了，也将成为本项目成效的重要部分。