In de afgelopen decennia is de exponentiële toename van het computervermogen en de daarmee gepaard gaande toename van de kwaliteit van algoritmen heeft theoretische en deeltjesfysici in staat gesteld om complexere en nauwkeurigere simulaties uit te voeren van fundamentele deeltjes en hun interacties. Als u het aantal roosterpunten in een simulatie vergroot, het wordt moeilijker om het verschil te zien tussen het waargenomen resultaat van de simulatie en het omgevingsgeluid. Een nieuwe studie van Marco Ce, een natuurkundige aan het Helmholtz-Institut Mainz in Duitsland en onlangs gepubliceerd in EPJ Plus , beschrijft een techniek voor het simuleren van deeltjesensembles die 'groot' zijn (althans volgens de normen van de deeltjesfysica). Dit verbetert de signaal-ruisverhouding en daarmee de nauwkeurigheid van de simulatie; cruciaal, het kan ook worden gebruikt om ensembles van baryonen te modelleren:een categorie elementaire deeltjes die de protonen en neutronen omvat waaruit atoomkernen bestaan.

Ce's simulaties maken gebruik van een Monte Carlo-algoritme:een generieke rekenmethode die berust op herhaalde willekeurige steekproeven om numerieke resultaten te verkrijgen. Deze algoritmen hebben een breed scala aan toepassingen, en in de wiskundige natuurkunde zijn ze bijzonder geschikt voor het evalueren van gecompliceerde integralen, en voor het modelleren van systemen met veel vrijheidsgraden.

Preciezer, het type Monte Carlo-algoritme dat hier wordt gebruikt, omvat bemonstering op meerdere niveaus. Dit betekent dat de monsters met verschillende nauwkeurigheidsniveaus worden genomen, wat minder rekenkundig duur is dan methoden waarbij de bemonsteringsnauwkeurigheid uniform is. Monte Carlo-methoden op meerdere niveaus zijn eerder toegepast op ensembles van bosonen (de klasse van deeltjes die, vanzelfsprekend, bevat het nu beroemde Higgs-deeltje), maar niet voor de meer complexe fermionen. Deze laatste categorie omvat zowel elektronen als baryonen:alle hoofdbestanddelen van 'alledaagse' materie.

Ce besluit zijn studie door op te merken dat er veel andere problemen zijn in de deeltjesfysica waarbij de berekening wordt beïnvloed door hoge signaal-ruisverhoudingen, en die baat kunnen hebben bij deze aanpak.