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 \documentclass{PoS}
 
 \documentclass{PoS}
 
-\title{Contribution title}
+\usepackage[intlimits]{amsmath}
+\usepackage{amssymb}
+\usepackage{mathrsfs}
+\usepackage{dsfont}
+\usepackage{subfigure}
 
 
-\ShortTitle{Short Title for header}
+\title{Solving the sign problem of scalar, two-flavored electrodynamics 
+for finite chemical potential and exploring its full phase-diagram}
 
 
-\author{Ydalia Delgado Mercado, Christof Gattringer, Alexander Schmidt
-%         \thanks{Y.D.M and A.S. are members of the doctoral training program FWF DK 1203 ''{\sl Hadrons in Vacuum, Nuclei and Stars}''. Y.D.M.  is furthermore supported by the Research Executive Agency of the European Union under Grant Agreement number PITN-GA-2009-238353 (ITN STRONGnet). This work is partly supported also by DFG SFB TRR55.}\\
-         \\
-         Institut f\"ur Physik,
-        Karl-Franzens-Universit\"at, 8010 Graz, Austria \\ \\
-        \email{ydalia.delgado-mercado@uni-graz.at} \\ \email{christof.gattringer@uni-graz.at} \\ \email{alexander.schmidt@uni-graz.at} }
+\ShortTitle{Solving the sign problem of scalar electrodynamics at final chemical potential}
 
 
-\abstract{..........................\
-          ...........................}
+\author{\speaker{Ydalia Delgado}
+\\Institut f\"ur Physik, Karl-Franzens Universit\"at, Graz, Austria
+\\E-mail: \email{ydalia.delgado-mercado@uni-graz.at}}
 
 
-\FullConference{31st International Symposium on Lattice Field Theory - LATTICE 2013\\
-               July 29 - August 3, 2013\\
-               Mainz, Germany}
+\author{Christof Gattringer
+\\Institut f\"ur Physik, Karl-Franzens Universit\"at, Graz, Austria
+\\E-mail: \email{christof.gattringer@uni-graz.at}}
 
 
+\author{\speaker{Alexander Schmidt}
+\\Institut f\"ur Physik, Karl-Franzens Universit\"at, Graz, Austria
+\\E-mail: \email{alexander.schmidt@uni-graz.at}}
 
 
+
+\abstract{
+We explore two-flavored scalar electrodynamics on the lattice, which has a complex phase problem 
+at finite chemical potential. By rewriting the action in terms of dual variables 
+this complex phase problem can be solved exactly. The dual variables are links and plaquettes, subject to non-trivial 
+constraints, which have to be respected by the Monte Carlo algorithm. 
+Therefore, for the simulation we use a local update and the surface worm algorithm (SWA). 
+The SWA is a generalization of the Prokof'ev Svistunov 
+worm algorithm concept to simulate the dual representation of abelian Gauge-Higgs models on a lattice. 
+We also assess the performance of the SWA and compare it with a local update in the dual representation. 
+Finally, we determine the full phase diagram of the model.
+}
+
+\FullConference{XXIX International Symposium on Lattice Field Theory \\
+                 July 29 $-$ August 03 2013\\
+                 Mainz, Germany}
 \begin{document}
 
 \begin{document}
 
-\section{dfg}
+\section{Motivation}
+\vspace{-1mm}
+\noindent
+At finite chemical potential $\mu$ the fermion determinant becomes complex
+and cannot be interpreted as a probability weight in the Monte Carlo simulation.
+This complex phase problem has slowed down considerably the exploration of QCD
+at finite density using Lattice QCDl.  Although many efforts have been put into
+solving the complex phase problem of QCD (see e.g. \cite{reviews}), the final goal
+has not been achieved yet.
 
 
-dfgdfg
+For some models or QCD in limiting cases, it is possible to deal with the complex phase 
+problem (e.g. \cite{solve-sign-problem}).  Among the different techniques, we use the dual representation,
+which has been shown to be a very powerful method that can be solve the solve the complex 
+phase problem without making any approximation of the partition sum, i.e. it is an exact method \cite{dual}.  
+In this proceedings we present another example where the dual representation can be applied succesfully.  We consider a compact
+U(1) gauge field coupled with two complex scalar fields with opposite charge. We explore the full phase diagram
+as a function of the gauge coupling, the mass parameter and the chemical potential, which has not yet been studied in detail.
+At finite density we present some preliminary results.
 
 
-\begin{thebibliography}{99}
-\bibitem{...} 
-....
+After mapping the degrees of freedom of the system to its dual variables, the terms of the 
+partition sum are positive and real and usual Monte Carlo techniques can be applied.  However, 
+the dual variables, links and plaquettes for this model, are subject to non-trivial constraints.
+Therefore one has to choose a proper algorithm in order to sample the system efficiently.  In our case, we have
+used two different Monte Carlo algorithms:  A local update (LMA) \cite{z3} and an extension \cite{swa} of the
+Prokof'ev Svistunov worm algorithm \cite{worm}.   Here we present
+some technical comparison of both algorithms in addition to the physics of the model.
+\section{Two-flavored scalar electrodynamics}
+\vspace{-1mm}
+\noindent ?????????????
 
 
-\end{thebibliography}
 
 
-\end{document}
+\section{Monte Carlo simulation}
+\vspace*{-1mm}
+\noindent
+Because the dual variables are subject to non-trivial constraints, they cannot be updated randomly.
+The most straight forward way to update the system is to change complete allowed objects.  In order to
+increase the acceptance rate we use the smallest possible structures.  This algorithm is called local update
+(LMA) and was used in \cite{z3,swa,prl}.  Other possibility is to use an extension of the worm
+algorithm \cite{worm}, the so called surface worm algorithm \cite{swa}.  For this model we use both algorithms and
+assess their performance.
+
+First, we start describing the LMA. It consists of the following updates:
+\begin{itemize}
+\vspace*{-1mm}
+\item A sweep for each unconstrained variable $\overline{l}$ and $\overline{k}$ 
+rising or lowering their occupation number by one unit.
+%
+\vspace*{-1mm}
+\item ``Plaquette update'': 
+It consists of increasing or decreasing a plaquette occupation number
+$p_{x,\nu\rho}$ and
+the link fluxes (either $l_{x,\sigma}$ or $k_{x,\sigma}$) at the edges of $p_{x,\nu\rho}$ by $\pm 1$ as 
+illustrated in Fig.~\ref{plaquette}. The change of $p_{x, \nu \rho}$ 
+by $\pm 1$ is indicated by the signs $+$ or $-$, while the flux variables $l$($k$) are denoted by the red(blue) lines
+and we use a dashed line to indicate a decrease by $-1$ and a full line for an increase by $+1$.
+%
+\vspace*{-1mm}
+\item ``Winding loop update'': 
+It consists of increasing or decreasing the occupation number of both link variables $l$ and $k$ by 
+one unit along a winding loop in any of the 4 directions.  This update is very important because the winding loops
+in time direction are the only objects that couple to the chemical potential.
+%
+\vspace*{-1mm}
+\item ``Cube update'':  The plaquettes of 3-cubes
+of our 4d lattice are changed according to one of the two patterns illustrated in 
+Fig.~\ref{cube}. 
+Although the plaquette and winding loop update are enough to satisfy ergodicity, 
+the cube update helps for decorrelation in the region of 
+parameters where the system is dominated by closed surfaces, i.e., the link
+acceptance rate is small.
+\end{itemize}
+\vspace*{-1mm}
+A full sweep consists of updating all links, plaquettes, 3-cubes and winding loops on the lattice,
+offering one of the changes mentioned above and accepting them with the Metropolis 
+probability computed from the local weight factors.
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/plaquettes}
+\end{center}
+\vspace{-4mm}
+\caption{Plaquette update: A plaquette occupation number is changed by $+1$ or
+$-1$ and the links $l$ (red) or $k$ (blue) of the plaquette are changed simultaneously. The
+full line indicates an increase by +1 and a dashed line a decrease by $-1$. 
+The directions $1 \le \nu_1 < \nu_2 \le 4$
+indicate the plane of the plaquette.} \label{plaquette}
+\vspace{-2mm}
+\end{figure}
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=0.7\textwidth,clip]{pics/cubes}
+\end{center}
+\vspace{-4mm}
+\caption{Cube update: Here we show the changes in the plaquette occupation numbers. 
+The edges of the 3-cube are parallel to 
+the directions $1 \leq \nu_1 < \nu_2 < \nu_3 \leq 4$.} \label{cube}
+\vspace*{-2mm}
+\end{figure}
+
+\noindent
+Instead of the plaquette and cube updates we can use the worm algorithm.
+Here we will shortly describe the SWA (see \cite{swa} for a detailed description) 
+for the variable $l$ (red).
+The algorithm for the other type of link variable works in exactly the same way.
+
+The SWA is constructed by breaking up the smallest update, i.e., the plaquette update 
+into smaller building blocks called ``segments'' 
+(examples are shown in Fig.~\ref{segments}) used to build larger surfaces  
+on which the flux and plaquette variables are changed.
+In the SWA the constraints are temporarily violated at a link
+$L_V$, the head of the worm, and the two sites at its endpoints.
+The admissible configurations are produced using 3 steps:
+\begin{enumerate}
+\item The worm starts by changing the flux by $\pm 1$ at a randomly chosen link (step 1 in Fig.~\ref{worm}).
+\item The first link becomes the head of the worm $L_V$.
+The defect at $L_V$ is then propagated through the lattice by 
+attaching segments, which are chosen in such a way that the constraints are always 
+obeyed (step 2 in Fig.~\ref{worm}).
+\item The defect is propagated through the lattice until the worm decides to
+end with the insertion of another unit of link flux at $L_V$ (step 3 in Fig.~\ref{worm}).
+\end{enumerate}
+A full sweep consists of $V_4$ worms using the SWA plus a sweep of the unconstraint 
+variables $\overline{l}$ and $\overline{k}$,
+and a sweep of winding loops (as explained in the LMA).
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/segments}
+\end{center}
+\vspace{-4mm}
+\caption{Examples of positive (lhs.) and negative segments (rhs.) 
+in the $\nu_1$-$\nu_2$-plane ($\nu_1 < \nu_2$).
+The plaquette occupation numbers are changed as indicated by the signs. 
+The full (dashed) links are changed by $+1$ ($-1$). The empty link shows
+where the segment is attached to the worm and the dotted link is the new position of the link
+$L_V$ where the constraints are violated.} \label{segments}
+\vspace{-2mm}
+\end{figure}
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/worm}
+\end{center}
+\vspace{-4mm}
+\caption{Illustration of the worm algorithm.  See text for an explanation.} \label{worm}
+\vspace{-2mm}
+\end{figure}
+
 
 
+\section{Algorithm Assessment}
+\vspace{-1mm}
+\noindent
+For the assessment of both algorithms we used two different models, the U(1) gauge-Higgs model but couple
+only to one scalar field (see \cite{swa}) and the model presented in this proceedings.  In both cases we 
+analyzed the bulk observables (and their fluctuations): 
+$U_P$ which is the derivative wrt. $\beta$ and $|\phi|^2$ (derivative wrt. 
+$\kappa$).  First we checked the correctness of the SWA comparing the results for different 
+lattices sizes and parameters.  Examples for the one flavor model are shown in \cite{swa}.
+Fig.~\ref{obs} shows two observables for the two flavor case.  
+$\langle |\phi|^2 \rangle$ (lhs.) and its susceptibility (rhs.) as a function of $\mu$ 
+for point ``f'' (see phase diagram) on a lattice of size $12^3 \times 60$.  
+We observe very good agreement among the different algorithms.
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/f}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/f}
+\end{center}
+\vspace{-2mm}
+\caption{Observables $\langle |\phi|^2 \rangle$ (lhs.) and $\chi_\phi$ (rhs.) 
+as a function of $\mu$ for point f on a $12^3 \times 60$ lattice size.
+We compare results from the SWA (circles) and the LMA (crosses).} \label{obs}
+\vspace*{-2mm}
+\end{figure}
+
+\noindent
+In order to obtain a measure of the computational effort, we compared the normalized 
+autocorrelation time $\overline{\tau}$ as defined in \cite{swa} of the SWA and LMA for 
+the one flavored model for different volumes and parameters.  We concluded that,
+the SWA outperforms the local update near a phase transition and if
+the acceptance rate of the constrained link variable is not very low (eg. lhs. of Fig.~\ref{auto}).  
+On the other hand, when the constrained links have a very low acceptance rate 
+the worm algorithm has difficulties to efficiently sample the 
+system because it modifies the link occupation number in every move, while the LMA has a sweep with only
+closed surfaces. The plot on the rhs. of Fig.~\ref{auto} shows how $\overline{\tau}$ for
+$U_P$ is larger for the SWA than for the LMA.  But this can be overcome by offering
+a sweep of cube updates.
+
+\begin{figure}[t]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=\textwidth,clip]{pics/u2}
+\end{center}
+\vspace{-4mm}
+\caption{Normalized autocorrelation times $\overline{\tau}$ for 2 different set
+of parameters.  Left: parameters close to a first order phase transition. 
+Right: low acceptance rate of the variable $l$.  Both simulations correspond
+to a $16^4$ lattice.  Data taken from \cite{swa}.} \label{auto}
+\vspace*{-2mm}
+\end{figure} 
+
+
+\section{Results}
+\vspace{-1mm}
+\noindent xxxxx
+
+
+\section*{Acknowledgments} 
+\vspace{-1mm}
+\noindent
+We thank Hans Gerd Evertz 
+for numerous discussions that helped to shape this project and for 
+providing us with the software to compute the autocorrelation times. 
+This work was supported by the Austrian Science Fund, 
+FWF, DK {\it Hadrons in Vacuum, Nuclei, and Stars} (FWF DK W1203-N16)
+and by the Research Executive Agency (REA) of the European Union 
+under Grant Agreement number PITN-GA-2009-238353 (ITN STRONGnet).
+\begin{thebibliography}{123456}
+\bibitem{reviews}
+  P.~Petreczky,
+  %``Review of recent highlights in lattice calculations at finite temperature and finite density,''
+  PoS ConfinementX {\bf } (2012) 028
+  [arXiv:1301.6188 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1301.6188;%%
+  %3 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%  
+  G.~Aarts,
+  %``Complex Langevin dynamics and other approaches at finite chemical potential,''
+  PoS LATTICE {\bf 2012} (2012) 017
+  [arXiv:1302.3028 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1302.3028;%%
+  %3 citations counted in INSPIRE as of 08 Apr 2013
+  
+\bibitem{solve-sign-problem}
+  D.~Sexty,
+  %``Simulating full QCD at nonzero density using the complex Langevin equation,''
+  arXiv:1307.7748 [hep-lat].
+  %%CITATION = ARXIV:1307.7748;%%
+  %4 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  S.~Chandrasekharan,
+  %``Fermion Bag Approach to Fermion Sign Problems,''
+  Eur.\ Phys.\ J.\ A {\bf 49} (2013) 90
+  [arXiv:1304.4900 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1304.4900;%%
+  %1 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  G.~Aarts, P.~Giudice, E.~Seiler and E.~Seiler,
+  %``Localised distributions and criteria for correctness in complex Langevin dynamics,''
+  Annals Phys.\  {\bf 337} (2013) 238
+  [arXiv:1306.3075 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1306.3075;%%
+  %4 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  G.~Aarts, L.~Bongiovanni, E.~Seiler, D.~Sexty and I.~-O.~Stamatescu,
+  %``Controlling complex Langevin dynamics at finite density,''
+  Eur.\ Phys.\ J.\ A {\bf 49} (2013) 89
+  [arXiv:1303.6425 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1303.6425;%%
+  %6 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  M.~Cristoforetti, F.~Di Renzo, A.~Mukherjee and L.~Scorzato,
+  %``Monte Carlo simulations on the Lefschetz thimble: taming the sign problem,''
+  Phys.\ Rev.\ D {\bf 88} (2013) 051501
+  [arXiv:1303.7204 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1303.7204;%%
+  %4 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  J.~Bloch,
+  %``A subset solution to the sign problem in simulations at non-zero chemical potential,''
+  J.\ Phys.\ Conf.\ Ser.\  {\bf 432} (2013) 012023.
+  %%CITATION = 00462,432,012023;%%
+%
+  M.~Fromm, J.~Langelage, S.~Lottini, O.~Philipsen,
+  %``The QCD deconfinement transition for heavy quarks and all baryon chemical potentials,''
+  JHEP {\bf 1201} (2012) 042.
+  %  [arXiv:1111.4953 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1111.4953;%%
+%  
+  M.~Fromm, J.~Langelage, S.~Lottini, M.~Neuman, O.~Philipsen,
+  %``The silver blaze property for QCD with heavy quarks from the lattice,''
+  Phys.\ Rev.\ Lett. 110 (2013) 122001.
+  %%CITATION = ARXIV:1207.3005;%%
+  
+  
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+  T.~DeGrand and C.~DeTar, 
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+  J.~Condella and C.~DeTar,
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+  C.~Gattringer and T.~Kloiber,
+  %``Spectroscopy in finite density lattice field theory: An exploratory study in the relativistic Bose gas,''
+  Phys.\ Lett.\ B {\bf 720} (2013) 210
+  [arXiv:1212.3770 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1212.3770;%%
+  %2 citations counted in INSPIRE as of 21 Oct 2013
+%
+  T.~Sterling, J.~Greensite,
+  %``Portraits Of The Flux Tube In Qed In Three-dimensions: A Monte Carlo Simulation With External Sources,''
+  Nucl.\ Phys.\ B {\bf 220} (1983) 327.
+  %%CITATION = NUPHA,B220,327;%%
+%
+  M.~Panero,
+  %``A Numerical study of confinement in compact QED,''
+  JHEP {\bf 0505} (2005) 066.
+  %[hep-lat/0503024].
+  %%CITATION = HEP-LAT/0503024;%%
+%
+  V.~Azcoiti, E.~Follana, A.~Vaquero, G.~Di Carlo,
+  %``Geometric Algorithm for Abelian-Gauge Models,''
+  JHEP {\bf 0908} (2009) 008.
+%  [arXiv:0905.0639 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:0905.0639;%%
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+  T.~Korzec, U.~Wolff,
+  %``A worm-inspired algorithm for the simulation of Abelian gauge theories,''
+  PoS LATTICE {\bf 2010} (2010) 029.
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+  %%CITATION = ARXIV:1011.1359;%%
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+  P.N.~Meisinger, M.C.~Ogilvie,
+  %``The Sign Problem, PT Symmetry and Abelian Lattice Duality,''
+  arXiv:1306.1495 [hep-lat].
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+  
+\bibitem{z3}
+  C.~Gattringer and A.~Schmidt,
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+  
+\bibitem{swa}
+  Y.~D.~Mercado, C.~Gattringer and A.~Schmidt,
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+  N.~Prokof'ev and B.~Svistunov,
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+\bibitem{prl}
+  Y.~D.~Mercado, C.~Gattringer and A.~Schmidt,
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+  [arXiv:1307.6120 [hep-lat]].
+  %%CITATION = ARXIV:1307.6120;%%
+
+\end{thebibliography}
 
 
+\end{document}
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