物理学中的蒙特卡洛方法

作者: 夏晨

来源: 中国科学院理论物理研究所

发布日期: 2022-07-08

本文介绍了蒙特卡洛方法在物理学中的应用,通过三个例子展示了该方法的典型应用方式,包括计算图形面积、统计物理中的伊辛模型和粒子物理中的暗物质运动模拟。

夏晨,中国科学院理论物理研究所19级博士研究生,研究方向是宇宙线与暗物质直接探测,导师是周宇峰研究员。1946年,在研究原子弹的“曼哈顿计划”中,数学家斯塔尼斯拉夫·乌拉姆在一次生病后的恢复期间玩纸牌游戏。他开始想用排列组合计算一下赢牌的概率,但是转念一想,如果“无脑”地反复玩很多次,最后数一数赢了多少次,也可以近似得到答案。

当时正值第一台通用电子计算机ENIAC发明出来,乌拉姆马上联想到核武器研究中关于中子扩散的问题,也可以通过计算机模拟一个个中子的随机运动来研究。本文通过三个例子来介绍蒙特卡洛方法的典型应用方式,第一个例子是利用随机撒点计算图形面积,它经常作为蒙特卡洛方法的入门介绍,后两个例子是在物理学中的应用,分别关于统计物理和粒子物理领域。三个例子互相独立,读者可以选读感兴趣的内容。

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