3. jDPG Theoretiker Workshop 2012

Der dritte Theoretikerworkshop fand vom 05.01.2012 bis 08.01.2012 in Breuberg im Odenwald statt. Das Thema war Simulationen in der Physik. Insbesondere die Themen

• Ab-initio Simulationen von Biomolekülen
• Quantenfeldtheorie auf dem Gitter
• Simulationen in der Astrophysik

wurden beleuchtet. Die Bedeutung von Computersimulationen hat in den vergangenen Jahrzehnten stetig zugenommen und heute sind sie aus fast keinem Gebiet der Physik mehr wegzudenken. Dieser Workshop gab einen Überblick über die vielfältigen Anwendungen und Methoden geben, die heute genutzt werden, um unser Verständnis von Vielteilchensystemen auf allen Skalen zu verbessern.
Wie schon beim letzten Theoretikerworkshop gab es auch diesmal wieder Teilnehmervorträge, die intensiv diskutiert wurden.

Workshop-Zeitplan

 

	Donnerstag 05.01.2012	Freitag 06.01.2012	Samstag 07.01.2012	Sonntag 08.01.2012
9.00-10.30	Anreise	Ab-Initio Simulation von Biomolekülen Dr. Volker Blum (Fritz-Haber-Institut, Berlin)	Quantenfeldtheorie auf dem Gitter Prof. Andreas Wipf (Universität Jena)	Simulationen in der Astrophysik Prof. Willy Kley (Universität Tübingen)
11.00-12.30	Anreise	Ab-Initio Simulation von Biomolekülen Dr. Volker Blum (Fritz-Haber-Institut, Berlin)	Quantenfeldtheorie auf dem Gitter Prof. Andreas Wipf (Universität Jena)	Simulationen in der Astrophysik Prof. Willy Kley (Universität Tübingen)
12.30-13.30	Anreise	Mittagspause	Mittagspause	Mittagspause
13.30-15.00	Anreise	Ab-Initio Simulation von Biomolekülen Dr. Volker Blum (Fritz-Haber-Institut, Berlin)	Quantenfeldtheorie auf dem Gitter DP Björn Wellegehausen (Universität Jena)	Auswertung des Workshops und Verabschiedung der Teilnehmer
16.00-18.00	ab ca. 16.00 Uhr Begrüßung/ Kennenlernen der Teilnehmer	Teilnehmervorträge	Teilnehhmervorträge	Abreise
18.30	gemeinsames Abendessen und Zusammenkunft	gemeinsames Abendessen und Zusammenkunft	gemeinsames Abendessen und Zusammenkunft	Abreise

Abstracts

Ab-Initio Simulation von Biomoleküen

Dr. Volker Blum und Dr. Luca Ghiringhelli (Fritz-Haber-Institut, Berlin) blum (at) FHI-Berlin.MPG.de

Biomoleküle sind die Bausteine der Materialien, die Leben erst ermöglichen. Die Grundbestandteile sind einfach (Aminosäuren, Nukleinsäuren, Zucker, einfache Ionen etc.), aber ihre Kombination ermöglicht bei „irdischen“ (Erdoberfläche) Temperaturen die enorme Vielfalt von Strukturen und physikalisch-chemischen Eigenschaften, die Leben ausmacht. Auf der molekularen Ebene sind heute direkte, „atomistische“ Simulationen Standard, z.B. zum Verständnis der Strukturbildung und Funktion von Proteinen, der Wechselwirkung mit kleinen Molekülen (Medikamente). Die exakte numerische Behandlung ist allerdings eine Herausforderung. Wir kennen die zugrundeliegende Gleichung im Prinzip genau (Schrödingergleichung), aber direkte Simulationen aus diesen „ersten Prinzipien“ („ab initio“) der Quantenmechanik erfordern die Lösung eines komplexen Vielteilchenproblems. Unser Themenkreis umfasst:

• Grundlegende Wechselwirkungen

• „Praktische“ Verfahren für das quantenmechanische Vielteilchenproblem - Dichtefunktionaltheorie

• Praktische Implementierung – Diskretisierung, numerische Ansätze, Umsetzung auf Höchstleistungsrechnern

• Molekulardynamik

• Statistische Mechanik aus ersten Prinzipien am Computer

 

Quantenfeldtheorie auf dem Gitter

Prof. Dr. Andreas Wipf (Universität Jena) wipf (at) tpi.uni-jena.de

Zuerst wird besprochen warum wir Quantenfeldtheorien auf Raumzeit-Gittern diskretisieren und dabei wichtigste Observablen eingeführt. Danach werden einfache Gittermodelle vorgestellt -- das Isingmodell, Skalarfeldtheorien und Eichtheorien. Bei der Simulation von Gitterfeldtheorien werden stochastische Algorithmen eingesetzt. Im Vortrag wird der universell einsetzbare Metropolis-Algorithmus und der Hybrid-Monte-Carlo Algorithmus vorgestellt. Danach werden typische Resultate von Gittersimulationen diskutiert.

Quantenfeldtheorie auf dem Gitter II

DP Björn Wellegehausen (Universität Jena) Bjoern.Wellegehausen (at) uni-jena.de
 

Programmierübung

Simulationen in der Astrophysik I

Prof. Dr. Willy Kley (Universität Tübingen) wilhelm.kley (at) uni-tuebingen.de

• Einführung in die hydrodynamischen Gleichungen, Eulergleichung (Wellenstruktur,Charakteristiken)
• Grundlegende L ̈sungsmethoden, Gitter vs. Teilchenmethoden
• Die lineare Advektionsgleichung, Basislösungsalgorithmen (z.B. Upwind, Lax-Wendroff)
• Untersuchung der numerischen Verfahren (Stabilit ät) mit Beispielsimulationen & Animationen
• Numerische L ̈sung der Eulergleichung, Bsp. Stoßrohr (shock tube), Sedov-Explosion

Simulationen in der Astrophysik II

Prof. Dr. Willy Kley (Universität Tübingen) wilhelm.kley (at) uni-tuebingen.de

• Aktueller Stand der Beobachtungen von Exoplaneten, Unterschiede zum Sonnensystem
• Grundlagen Akkretionsscheiben, magnetohydrodynamische Turbulenz
• Planeten in protoplanetaren Scheiben, Problem der Migration
• Numerik der Planetenentstehung, Methodik, Nested grids, Strahlungstransport

Literatur:
[1] Computational Astrophysics: Numerical Methods in Astrophysics: An Introduction, Peter
Bodenheimer, Gregory P. Laughlin, Michal Rozyczka, Harold. W Yorke Taylor & Francis (2006)
[2] Planetenentstehung: Astrophysics of Planet Formation, Philip J, Armitage, Cambridge Uni-
versity Press (2010), Online Skript
[3] Hydrodynamik: Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems, Randall, J. LeVeque, Cam-
bridge University Press (2002)
 

Wir danken allen Teilnehmern und Referenten für die interessanten Tage!

 

Organisation:

Michael Hofmann, Florian Lazarevic, Norma Kühn, Stephan Köhler