High Performance Computing - HPC Cluster Wilson

Das HPC Cluster "Wilson" ist deutschlandweit die leistungsfähigste Rechenanlage, die von einer Universität für ein einziges Forschungsprojekt in der Kern- und Teilchenphysik betrieben wird. Der Großrechner dient den Wissenschaftlern für numerische Simulationen in der Teilchenphysik, insbesondere auch als Begleitung der Experimente am Elektronenbeschleuniger MAMI C der Universität. So soll das Wirken der absolut kleinsten Teilchen unserer Materie besser verstanden werden.

Das Interesse der Wissenschaftler gilt dem inneren Aufbau von Protonen und Neutronen, die den Atomkern bilden und ihrerseits aus noch kleineren Quarks bestehen. Der starke Zusammenhalt im Innern eines Atomkerns beruht auf der starken Wechselwirkung, eine der vier fundamentalen Kräfte in der Physik. Die Kräfte, die auf die Quarks wirken, entstehen durch sogenannte Gluonen, die zwischen den Quarks ausgetauscht werden. Zur Beschreibung dieses Kräftespiels dient die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD). Tatsächlich lassen sich viele Prozesse an Hochenergiebeschleunigern wie etwa am CERN in Genf durch diese Theorie erklären. Wie sich jedoch die unmittelbaren Eigenschaften von Protonen und Neutronen aus der Quantenchromodynamik ableiten lassen, ist noch weitgehend unverstanden. Um dies zu untersuchen reichen Rechnungen mit Bleistift und Papier nicht mehr aus. Aber auch bei der numerischen Behandlung mittels großer Computer stößt man an Grenzen.

Diese Grenzen können mit der neuen Rechneranlage weiter hinausgeschoben werden. Um die QCD numerisch untersuchen zu können, setzt man Quarks und Gluonen auf ein vierdimensionales Raum-Zeit-Gitter, in Analogie zu einem herkömmlichen Kristall. Um den Verhältnissen in der Natur möglichst genau zu entsprechen, muss die "Maschengröße" des Gitters immer weiter verfeinert werden. Dies erhöht jedoch drastisch die Zahl der erforderlichen Rechenschritte und daher auch die benötigte Computerkapazität. Die PC-Clusteranlage am Institut für Kernphysik ermöglicht eine effektive Rechengeschwindigkeit von 3,7 Teraflops, das sind 3,7 Billionen Rechenschritte pro Sekunde.