অপ্রচলিত হওয়ার ঝুঁকিতে কণা পদার্থবিদ্যার জন্য গুরুত্বপূর্ণ কম্পিউটার প্রোগ্রাম

সম্প্রতি, আমি একজন সহযোগী কণা পদার্থবিদকে একটি গণনা সম্পর্কে কথা বলতে দেখেছি যা তিনি নির্ভুলতার একটি নতুন উচ্চতায় ঠেলে দিয়েছিলেন। তার হাতিয়ার? 1980-এর দশকের একটি কম্পিউটার প্রোগ্রাম যাকে FORM বলা হয়।

কণা পদার্থবিদরা সমস্ত বিজ্ঞানের কিছু দীর্ঘতম সমীকরণ ব্যবহার করেন। লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে সংঘর্ষে নতুন প্রাথমিক কণার লক্ষণগুলি সন্ধান করার জন্য, উদাহরণস্বরূপ, তারা ফাইনম্যান ডায়াগ্রাম নামে হাজার হাজার ছবি আঁকে যা সম্ভাব্য সংঘর্ষের ফলাফলগুলিকে চিত্রিত করে, প্রতিটি একটি জটিল সূত্র এনকোড করে যা লক্ষ লক্ষ পদ দীর্ঘ হতে পারে। কলম এবং কাগজ দিয়ে এই জাতীয় সূত্রগুলি যোগ করা অসম্ভব; এমনকি কম্পিউটারের সাথে তাদের যোগ করা একটি চ্যালেঞ্জ। আমরা স্কুলে যে বীজগণিত নিয়মগুলি শিখি তা বাড়ির কাজের জন্য যথেষ্ট দ্রুত, কিন্তু কণা পদার্থবিদ্যার জন্য তারা অত্যন্ত অদক্ষ।

কম্পিউটার বীজগণিত সিস্টেম নামক প্রোগ্রামগুলি এই কাজগুলি পরিচালনা করার জন্য প্রচেষ্টা করে। এবং আপনি যদি বিশ্বের বৃহত্তম সমীকরণগুলি সমাধান করতে চান, 33 বছর ধরে একটি প্রোগ্রাম দাঁড়িয়েছে: ফর্ম।

ডাচ কণা পদার্থবিদ দ্বারা বিকশিত জোস ভার্মাসেরেন, FORM হল কণা পদার্থবিদ্যার পরিকাঠামোর একটি মূল অংশ, কঠিনতম গণনার জন্য প্রয়োজনীয়। যাইহোক, ডিজিটাল পরিকাঠামোর আশ্চর্যজনকভাবে অনেক প্রয়োজনীয় অংশের মতো, FORM-এর রক্ষণাবেক্ষণ মূলত একজন ব্যক্তির উপর নির্ভর করে: ভার্মাসেরেন নিজেই। এবং 73 বছর বয়সে, ভার্মাসেরেন ফরম ডেভেলপমেন্ট থেকে সরে আসতে শুরু করেছেন। একাডেমিয়ার উদ্দীপক কাঠামোর কারণে, যা প্রকাশিত কাগজপত্রকে পুরস্কার দেয়, সফ্টওয়্যার সরঞ্জাম নয়, কোনও উত্তরসূরি আবির্ভূত হয়নি। পরিস্থিতির পরিবর্তন না হলে, কণা পদার্থবিদ্যা নাটকীয়ভাবে ধীর হতে বাধ্য হতে পারে।

FORM 1980-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে শুরু হয়েছিল, যখন কম্পিউটারের ভূমিকা দ্রুত পরিবর্তিত হচ্ছিল। এর পূর্বসূরী, মার্টিনাস ভেল্টম্যান দ্বারা তৈরি Schoonschip নামক একটি প্রোগ্রাম, একটি বিশেষ চিপ হিসাবে প্রকাশিত হয়েছিল যা আপনি একটি Atari কম্পিউটারের পাশে প্লাগ করেছিলেন। ভার্মাসেরেন একটি আরও অ্যাক্সেসযোগ্য প্রোগ্রাম তৈরি করতে চেয়েছিলেন যা সারা বিশ্বের বিশ্ববিদ্যালয়গুলি ডাউনলোড করতে পারে। তিনি এটিকে কম্পিউটারের ভাষা FORTRAN-এ প্রোগ্রাম করতে শুরু করেন, যার অর্থ ফর্মুলা অনুবাদ। নাম ফর্ম যে একটি riff ছিল. (পরে তিনি সি নামক একটি প্রোগ্রামিং ভাষাতে স্যুইচ করেন।) ভার্মাসেরেন 1989 সালে তার সফ্টওয়্যার প্রকাশ করেন। 90 এর দশকের গোড়ার দিকে, সারা বিশ্বের 200 টিরও বেশি প্রতিষ্ঠান এটি ডাউনলোড করেছিল এবং সংখ্যাটি ক্রমাগত বাড়তে থাকে।

2000 সাল থেকে, একটি কণা পদার্থবিজ্ঞানের কাগজ যা FORM উদ্ধৃত করে, গড়ে প্রতি কয়েক দিনে প্রকাশিত হয়েছে। "আমাদের গ্রুপ গত 20 বছরে প্রাপ্ত বেশিরভাগ [উচ্চ-নির্ভুলতা] ফলাফলগুলি ফরম কোডের উপর ভিত্তি করে ছিল," বলেছেন টমাস গেহরম্যানজুরিখ বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক ড.

FORM-এর কিছু জনপ্রিয়তা এসেছে বিশেষায়িত অ্যালগরিদম থেকে যা বছরের পর বছর ধরে তৈরি করা হয়েছিল, যেমন ফাইনম্যান ডায়াগ্রামের কিছু অংশকে দ্রুত গুণ করার জন্য একটি কৌশল এবং যতটা সম্ভব কম গুণ ও সংযোজন করার জন্য সমীকরণগুলিকে পুনর্বিন্যাস করার একটি পদ্ধতি। কিন্তু FORM-এর প্রাচীনতম এবং সবচেয়ে শক্তিশালী সুবিধা হল এটি কীভাবে মেমরি পরিচালনা করে।

মানুষের যেমন দুই ধরনের মেমরি আছে, স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী, তেমনি কম্পিউটারেরও দুই প্রকার: প্রধান এবং বাহ্যিক। প্রধান মেমরি — আপনার কম্পিউটারের RAM — উড়ে আসা সহজ কিন্তু আকারে সীমিত৷ হার্ড ডিস্ক এবং সলিড-স্টেট ড্রাইভের মতো বাহ্যিক মেমরি ডিভাইসগুলি অনেক বেশি তথ্য ধারণ করে তবে ধীর। একটি দীর্ঘ সমীকরণ সমাধান করতে, আপনাকে এটিকে প্রধান মেমরিতে সংরক্ষণ করতে হবে যাতে আপনি সহজেই এটির সাথে কাজ করতে পারেন।

80 এর দশকে, উভয় ধরনের স্মৃতি সীমিত ছিল। "ফর্মটি এমন একটি সময়ে তৈরি করা হয়েছিল যখন প্রায় কোনও মেমরি ছিল না, এবং কোনও ডিস্ক স্পেসও ছিল না - মূলত কিছুই ছিল না," বলেছেন বেন রুইজল, ভার্মাসেরেনের একজন প্রাক্তন ছাত্র এবং ফরম ডেভেলপার যিনি এখন সুইস ফেডারেল ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি জুরিখের পোস্টডক্টরাল গবেষক। এটি একটি চ্যালেঞ্জ তৈরি করেছে: প্রধান মেমরি পরিচালনা করার জন্য সমীকরণগুলি খুব দীর্ঘ ছিল। একটি গণনা করার জন্য, আপনার অপারেটিং সিস্টেমকে আপনার হার্ড ডিস্ককে প্রধান মেমরির মতো আচরণ করতে হবে। অপারেটিং সিস্টেম, আপনার সমীকরণটি কতটা বড় হবে তা না জেনে, হার্ডডিস্কে "পৃষ্ঠাগুলির" একটি সংগ্রহে ডেটা সংরক্ষণ করবে, ঘন ঘন তাদের মধ্যে স্যুইচ করবে কারণ বিভিন্ন অংশের প্রয়োজন ছিল — অদলবদল নামক একটি অদক্ষ প্রক্রিয়া।

ফর্ম অদলবদলকে বাইপাস করে এবং এর নিজস্ব কৌশল ব্যবহার করে। আপনি যখন FORM-এ একটি সমীকরণ নিয়ে কাজ করেন, তখন প্রোগ্রামটি হার্ড ডিস্কে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ স্থান নির্ধারণ করে। এই কৌশলটি সফ্টওয়্যারটিকে আরও সহজে একটি সমীকরণের টুকরোগুলি কোথায় রয়েছে তার ট্র্যাক রাখতে দেয়। এটি সেই টুকরোগুলিকে মূল মেমরিতে ফিরিয়ে আনা সহজ করে তোলে যখন সেগুলি বাকিগুলি অ্যাক্সেস না করেই প্রয়োজন হয়৷

FORM-এর প্রারম্ভিক দিন থেকে মেমরি বেড়েছে, 128 সালে Atari 130XE-তে 1985 কিলোবাইট RAM থেকে আমার স্যুপ-আপ ডেস্কটপে 128 গিগাবাইট RAM - এটি মিলিয়নগুণ উন্নতি। কিন্তু ভার্মাসেরেন যে কৌশলগুলি তৈরি করেছিলেন তা এখনও গুরুত্বপূর্ণ। যেহেতু কণা পদার্থবিদরা নতুন কণার প্রমাণ অনুসন্ধানের জন্য লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার থেকে পেটাবাইট ডেটার মাধ্যমে ছিদ্র করেন, তাদের নির্ভুলতার প্রয়োজন এবং এইভাবে তাদের সমীকরণের দৈর্ঘ্য দীর্ঘতর হয়।

"এই জিনিসগুলি চিরকাল প্রাসঙ্গিক থাকবে, মেমরি যতই বড় হোক না কেন, কারণ সর্বদা একটি পদার্থবিজ্ঞানের সমস্যা থাকে যা এটিকে স্মৃতির আকারের বাইরে ঠেলে দিতে পারে," রুইজল বলেছিলেন।

কম্পিউটারের ক্ষমতা মোটামুটিভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, প্রায় প্রতি দুই বছরে দ্বিগুণ হচ্ছে। কিন্তু সূচকীয় বৃদ্ধির চেয়ে দ্রুত বৃদ্ধির ধরন রয়েছে। তিনটি অক্ষর লেখার কাজটি বিবেচনা করুন - a, b এবং c - সমস্ত সম্ভাব্য ক্রমগুলিতে। প্রথম অক্ষরের জন্য তিনটি পছন্দ (a, b বা c), দ্বিতীয়টির জন্য দুটি এবং তৃতীয়টির জন্য একটি। সমস্যাটি ফ্যাক্টরিয়াল হিসাবে স্কেল করে, একটি গাণিতিক সম্পর্ক যা সূচকীয় বৃদ্ধির চেয়েও দ্রুত বৃদ্ধি পায়। ফ্যাক্টরিয়ালগুলি প্রায়ই দেখা যায় যখন আপনি জিনিসগুলির সম্ভাব্য সংমিশ্রণগুলি গণনা করার চেষ্টা করেন, যেমন সমস্ত বিভিন্ন ফাইনম্যান ডায়াগ্রাম যা আপনি সংঘর্ষকারী কণার সেটের জন্য আঁকতে পারেন। এই কণা পদার্থবিদ্যা গণনার ফ্যাক্টরিয়াল বৃদ্ধি কম্পিউটিং শক্তির সূচকীয় বৃদ্ধিকে ছাড়িয়ে যায়।

FORM-এর মতো সফ্টওয়্যার পদার্থবিদ্যার জন্য যতটা গুরুত্বপূর্ণ, এটির বিকাশের প্রচেষ্টা প্রায়ই অবমূল্যায়িত হয়। ভার্মাসেরেন ভাগ্যবান ছিলেন যে তিনি নেদারল্যান্ডসের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট ফর সাবটমিক ফিজিক্সে স্থায়ী পদে ছিলেন এবং একজন বস যিনি এই প্রকল্পের প্রশংসা করেছিলেন। কিন্তু এমন সৌভাগ্য পাওয়া কঠিন। স্টেফানো লাপোর্তা, একজন ইতালীয় পদার্থবিদ যিনি বিকাশ করেছিলেন একটি গুরুত্বপূর্ণ সরলীকরণ অ্যালগরিদম ক্ষেত্রের জন্য, ছাত্র বা সরঞ্জাম জন্য তহবিল ছাড়া তার কর্মজীবনের অধিকাংশ ব্যয় করেছেন. বিশ্ববিদ্যালয়গুলি বিজ্ঞানীদের প্রকাশনার রেকর্ডগুলি ট্র্যাক করার প্রবণতা রাখে, যার অর্থ যারা সমালোচনামূলক অবকাঠামোতে কাজ করেন তাদের প্রায়ই নিয়োগ বা মেয়াদের জন্য পাস করা হয়।

"আমি বছরের পর বছর ধরে দেখেছি, ধারাবাহিকভাবে, যে লোকেরা কম্পিউটারে অনেক সময় ব্যয় করে তারা পদার্থবিজ্ঞানে একটি মেয়াদী চাকরি পায় না," বলেছেন ভার্মাসেরেন৷

"এটি আরও মর্যাদাপূর্ণ, হতে পারে, প্রকৃতপক্ষে সরঞ্জামগুলিতে কাজ করার চেয়ে শারীরিক ফলাফল তৈরি করা," রুইজল বলেছিলেন।

যদিও Ruijl-এর মতো অল্প কয়েকজন পদার্থবিদ বিক্ষিপ্তভাবে ফর্ম নিয়ে কাজ করেন, তাদের ক্যারিয়ারের জন্য তাদের বেশিরভাগ সময় অন্যান্য গবেষণায় ব্যয় করতে হবে। এটি ভার্মাসেরেন-এর হাতে ফর্ম তৈরির অনেক দায়িত্ব ছেড়ে দেয়, যিনি এখন বেশিরভাগই অবসরপ্রাপ্ত৷

চলমান বিকাশ ছাড়া, FORM কম এবং কম ব্যবহারযোগ্য হবে — শুধুমাত্র পুরানো কম্পিউটার কোডের সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করতে সক্ষম, এবং আজকের শিক্ষার্থীরা কীভাবে প্রোগ্রাম শিখে তার সাথে সারিবদ্ধ নয়। অভিজ্ঞ ব্যবহারকারীরা এটির সাথে লেগে থাকবে, তবে তরুণ গবেষকরা গণিতের মতো বিকল্প কম্পিউটার বীজগণিত প্রোগ্রামগুলি গ্রহণ করবে যা আরও ব্যবহারকারী-বান্ধব কিন্তু ক্রম ধীরগতির। অনুশীলনে, এই পদার্থবিজ্ঞানীদের মধ্যে অনেকেই সিদ্ধান্ত নেবেন যে নির্দিষ্ট সমস্যাগুলি সীমাবদ্ধ নয় - পরিচালনা করা খুব কঠিন। সুতরাং কণা পদার্থবিদ্যা স্থবির হয়ে যাবে, শুধুমাত্র কিছু লোকের সাথে কঠিনতম গণনার কাজ করতে সক্ষম হবে।

এপ্রিল মাসে, ভার্মাসেরেন ভবিষ্যৎ পরিকল্পনা করার জন্য FORM ব্যবহারকারীদের একটি শীর্ষ সম্মেলন করছে৷ তারা আলোচনা করবে কিভাবে FORM কে জীবিত রাখা যায়: কিভাবে এটি বজায় রাখা এবং প্রসারিত করা যায়, এবং কিভাবে নতুন প্রজন্মের ছাত্রদের দেখানো যায় যে এটি কতটা করতে পারে। ভাগ্য, কঠোর পরিশ্রম এবং তহবিল দিয়ে, তারা পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে শক্তিশালী সরঞ্জামগুলির একটি সংরক্ষণ করতে পারে।