Die am Sonderforschungsbereich beteiligten Arbeitsgruppen verfolgen unterschiedliche Ziele:

Die physikalisch orientierten Gruppen sind daran interessiert, effiziente numerische Verfahren für ihre speziellen Fragestellungen zu erarbeiten und einzusetzen. Beispiele sind Akkretionsphänomene in der Astrophysik, Struktur und Dynamik von Quasikristallen, Verhalten von Schüttgütern, Vielteilchenprobleme in der Quantenmechanik sowie allgemein-relativistische Phänomene bei Neutronensternen und Schwarzen Löchern. Ein Schwerpunkt ist dabei die Weiterentwicklung von Teilchenmethoden.

Die beteiligten Mathematiker verbessern einerseits die Modelle für die physikalischen Problemstellungen, andererseits entwerfen und analysieren sie numerische Algorithmen und implementieren diese auf den unterschiedlichen Rechnersystemen. Schwerpunkte sind neuartige Teilchenmethoden, adaptive Mehrgitterverfahren und optimale Zeitintegratoren für dynamische Systeme.

Die Informatiker arbeiten an der Parallelisierung und Visualisierung unter besonderer Berücksichtigung neuer massiv paralleler Rechnerarchitekturen. Dadurch, daß die Arbeitsbereiche Graphische Datenverarbeitung und Technische Informatik in dem naturwissenschaftlich orientierten Sonderforschungsbereich mitwirken, ist sichergestellt, daß neueste Forschungsergebnisse und Implementierungstechniken aus der Informatik eingesetzt werden. In beiden Gebieten geht es darum, die im Sonderforschungsbereich an neuen Problemstellungen und in neuer Supercomputerumgebung gefundenen Algorithmen zu verallgemeinern und in einer hardware-unabhängigen Form einzusetzen.

Bis September 1998 soll eine Nachwuchsgruppe im Bereich Numerische Mathematik eingerichtet werden.

Als Beispielprojekt sei angeführt, wie das mechanische Verhalten von Festkörpern auf atomarer Ebene numerisch simuliert wird. Man baut sich hierbei einen Festkörper im Rechner auf, indem man Atomkoordinaten vorgibt und Modellkräfte zwischen den Atomen wirken läßt. Sodann setzt man das System in Bewegung, d.h. man berechnet über die Newtonschen Bewegungsgleichungen die Bahn eines jeden einzelnen Atoms unter der Kraftwirkung seiner Umgebung. Die Simulationstechniken erlauben es, eine konstante Temperatur und einen konstanten Druck einzustellen und äußere mechanische Kräfte anzuwenden. Die Abbildung zeigt, wie sich ein Riß in einer speziellen Festkörperstruktur, einem Quasikristall, ausbreitet, wenn man vertikal daran zieht. Durch Analyse von Bildsequenzen erfaßt man den Mechanismus der Rißausbreitung (hier emittiert die Rißspitze eine Versetzung, welcher der Riß folgt).

In diesem Projekt wird ein Programm entwickelt, mit dem eine möglichst große Zahl von Atomen in möglichst langer Zeit auf einem Supercomputer simuliert werden kann. Mit dem vorliegenden Programm konnten schon Festkörper mit 1.2 Milliarden Atomen simuliert werden. Es ist somit absehbar, daß man bald nicht nur atomare Cluster, sondern makroskopische Proben rechnen kann.

Sprecher:
Prof. Dr. Hanns Ruder, Universität Tübingen

Geschäftsstelle:
Almut Wahl, Institut für Astronomie und Astrophysik, Abteilung Theoretische Astrophysik, Auf der Morgenstelle 10C, 72076 Tübingen
Tel: 07071/2977575
Fax: 07071/295889

E-Mail: sfbk@tat.physik.uni-tuebingen.de

Universität Tübingen:

• Institut für Astronomie und Astrophysik, Abteilung Theoretische Astrophysik
• Institut für Theoretische Physik
• Mathematisches Institut
• Wilhelm-Schickard-lnstitute für Informatik, Abteilungen Technische Informatik und Graphisch-lnteraktive Systeme

Universität Stuttgart:

• Institut für Theoretische und Angewandte Physik
• II. Institut für Theoretische Physik
• III. Institut für Theoretische Physik
• Institut für Computeranwendungen I
• Institut für Computeranwendungen II
• Rechenzentrum der Universität Stuttgart (RUS), Abteilung Visualisierung