LPIC中的歸一化與洛倫茲變換

李夢超，劉 巧

(1.贛南師范大學(xué) 低溫等離子體技術(shù)研究所，江西 贛州 341000；2. 南昌大學(xué) 第二附屬醫(yī)院，江西 南昌 330000)

PIC的英文全稱為Particle In Cell，是一種將物理量近似到網(wǎng)格格點上進(jìn)行計算的一種方法.PIC在等離子體物理仿真領(lǐng)域獲得快速發(fā)展，尤其是在激光等離子體相互作用仿真上[1-12].LPIC是Laser plasma interaction simulation via Particle In Cell code的縮寫，即利用PIC進(jìn)行激光等離子體相互作用仿真.等離子體仿真涉及大量粒子，舉例來說，在分子直徑數(shù)量級為10-10m時，則 1 cm3的空間中，分子數(shù)量約為1024個.如果給每個分子都賦予速度和位置等參量，并用雙精度格式(8 bytes)存儲，則該數(shù)量的分子在電腦中所占的內(nèi)存約為6*8*1024bytes，約4.8*1013TB.可見，僅僅是1 cm3的空間，且僅考慮粒子的速度和位置，其數(shù)據(jù)量也是非常驚人的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)在計算機(jī)的處理能力.因此，對大數(shù)量粒子進(jìn)行仿真，需要做近似處理.比如，利用一個粒子代替幾千甚至幾萬個分子，即超級粒子；將空間用網(wǎng)格劃分，將分布的粒子分配至每個網(wǎng)格上，通過計算網(wǎng)格格點來獲得電磁場等，然后再作用于空間粒子，使粒子前進(jìn)，即網(wǎng)格法；為節(jié)省計算內(nèi)存和時效，還需對計算機(jī)處理的物理量做特殊處理，例如歸一化處理.

1 歸一化的定義

歸一化處理是將真實的物理量除以某個數(shù)值后再輸入計算機(jī)程序進(jìn)行計算，計算機(jī)計算完后，再對輸出的數(shù)據(jù)做反歸一化處理，得到真實的物理量.舉例來說，某個超級粒子具有電荷量q=1.602 189 2×10-16C，質(zhì)量m=9.109×10-28kg.對其進(jìn)行歸一化處理：qN=q/e，mN=m/me.qN和mN為歸一化量，e為電子電荷量，me為電子的靜止質(zhì)量……