Die Quantenchromodynamik (QCD), das heißt die Theorie der Quarks und Gluonen und ihrer Wechselwirkung, ist der komplizierteste, aber auch phänomenologisch reichste Teil des Standardmodells der Teilchenphysik. Die offenen Probleme der QCD umfassen zum Beispiel so grundlegende Fragen wie: Welche neuartigen hadronischen Zustände gibt es zusätzlich zu den bekannten Drei-Quark- und Quark-Antiquark-Zuständen und welche Eigenschaften haben sie? Wie sieht das QCD-Phasen-Diagramm als Funktion der Dichte und Temperatur aus? Wie viel Bahndrehimpuls tragen die Quarks im Nukleon? Wie sieht der Niederenergie-Limes der QCD aus? Die Mitglieder des Sonderforschungsbereichs/Transregio arbeiten an allen diesen und vielen anderen Fragen. Er hat im Wesentlichen drei Ziele:(1) Es sollen mithilfe der Gitter-Quantenchromodynamik (Gitter-QCD) Größen berechnet werden, die helfen, aus den einschlägigen Experimenten an den weltweiten Großforschungszentren auf den inneren Aufbau der Hadronen und die detaillierte Dynamik ihrer Reaktionen zu schließen.(2) In enger Zusammenarbeit von Physikern und Mathematikern sollen wesentliche algorithmische Fortschritte erzielt werden, die insbesondere effiziente numerische Gitter-QCD-Simulationen mit guter chiraler Symmetrie ermöglichen. (Diese Symmetrie spielt eine zentrale Rolle in der Hadronenphysik.)(3) Es sollen in enger Zusammenarbeit mit der Industrie und anderen Forschungszentren und Universitäten neue Spezialrechner für die Gitter-QCD entwickelt werden, die ein besonders günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis und einen besonders niedrigen Stromverbrauch haben.Das zentrale Rechnerprojekt der ersten Förderperiode ist QPACE. In QPACE werden verbesserte CELL-Prozessoren (PowerXCell 8i) mittels programmierbarer Netzwerk-Prozessoren (FPGAs) zu einem dreidimensionalen Torus-Netzwerk verbunden. Die Kommunikationsrate zwischen den CELL-Chips ist dabei so hoch, dass man eine stark skalierende Rechnerarchitektur erhält. Dieses Projekt wird primär gemeinsam mit dem IBM Forschungs- und Entwicklungslabor in Böblingen/Deutschland realisiert. Weitere industrielle und akademische Kollaborationspartner sind Forschungszentrum Jülich, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Universität Ferrara, Universität Mailand, Eurotech, Xilinx und Knürr. Bis zum Herbst 2009 werden zwei große QPACE-Installationen den Mitgliedern des Sonderforschungsbereichs/Transregio über 160 TFlops-Rechenleistung zur Realisierung ihrer Projekte zur Verfügung stellen.
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