Sistematización del análisis de desempeño y precisión para simulaciones de física de altas energías - Mignanelli, Alejandro Rubén (2024)
La simulación computacional es una parte fundamental en el dominio de la Física de Altas Energías (FAE). Esta intenta reproducir el movimiento de una partícula a través de una geometría de detectores, los cuales son representados mediante volúmenes de diversos materiales y formas, que imitan de forma precisa su estructura física y (por su propia naturaleza) producen discontinuidades al momento del cruce entre ellos. Geant4 es la principal herramienta de simulación a nivel mundial para FAE, utilizada por experimentos de gran escala como los realizados en el Large Hadron Collider (LHC) de CERN. Los algoritmos que implementa Geant4 se basan en métodos numéricos clásicos, que discretizan el tiempo y deben interrumpir su flujo para manejar las discontinuidades que presenta la simulación. Esta tesis se enmarca en un conjunto de trabajos que buscan proponer una solución alternativa que maneje de manera eficiente las discontinuidades con el fin de disminuir los tiempos de simulación. La familia de métodos Quantized State System (QSS) discretizan el estado del sistema, en vez de el tiempo, mitigando este problema mediante la resolución eficiente de funciones polinomiales simples. En trabajos previos se consiguió producir un integrador QSS autónomo embebido directamente en Geant4, y se probó con éxito en modelados reales de detectores como el Compact Muon Solenoid (CMS), donde se pudo ofrecer una mejora de rendimiento en algunas situaciones, especialmente cuando el experimento produce muchos cruces geométricos. En la presente tesis se expandirá el universo de pruebas de este integrador y se proporcionará una herramienta automática de comparación exhaustiva de experimentos entre integradores, con el fin de poder analizar una mayor cantidad de escenarios de manera rápida, ordenada, comparable, disminuyendo considerablemente las probabilidades de error humano. Disponer de esta herramienta permitió aportar por primera vez los métodos QSS a la versión oficial productiva de Geant4, lo que representa un hito sobresaliente para esta línea de investigación.