Recientemente, vi Un compañero físico de partículas informó sobre un cálculo que lo llevó a un nuevo nivel de precisión. su herramienta? Un programa de computadora de la década de 1980 llamado FORM.

Los físicos de partículas utilizan algunas de las ecuaciones más largas de la ciencia. Para buscar signos de nuevas partículas elementales en colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo, dibujan miles de imágenes llamadas diagramas de Feynman que representan los posibles resultados de la colisión, cada uno de los cuales codifica una fórmula compleja que puede expresarse en millones de términos. Es imposible compilar fórmulas como esta con lápiz y papel; Incluso agregarlos con computadoras es un desafío. Las reglas del álgebra que aprendemos en la escuela son lo suficientemente rápidas como tarea, pero para la física de partículas son completamente ineficaces.

Los programas llamados sistemas de álgebra computacional buscan manejar estas tareas. Y si desea resolver las ecuaciones más grandes del mundo, un programa se ha destacado durante 33 años: FORM.

Desarrollado por un físico de partículas holandés Joss Vermaseren, FORM es una parte esencial de la infraestructura de física de partículas y es esencial para los cálculos más difíciles. Sin embargo, como ocurre con muchas partes esenciales de la infraestructura digital, el mantenimiento de FORM depende en gran medida de una sola persona: el propio Vermaseren. Y a la edad de 73 años, comenzó a alejarse del desarrollo de FORM. Debido a la estructura de incentivos en la academia, que premia los artículos publicados, no las herramientas de software, no ha surgido ningún sucesor. Si la situación no cambia, la física de partículas tendrá que reducir drásticamente su velocidad.

FORM comenzó a mediados de la década de 1980, cuando el papel de las computadoras estaba cambiando rápidamente. Su predecesor, un programa llamado Schoonschip, creado por Martinus Veltman, fue lanzado como un chip especializado que se conectaba al costado de una computadora Atari. Vermaseren quería hacer un programa accesible que pudiera ser descargado por universidades de todo el mundo. Comenzó a programarlo en el lenguaje informático FORTRAN, que significa Formula Translate. El nombre FORM fue una exageración al respecto. (Más tarde cambió a un lenguaje de programación llamado C). Vermaseren lanzó su software en 1989. A principios de la década de 1990, más de 200 organizaciones de todo el mundo lo habían descargado y el número seguía aumentando.

Desde el año 2000, se ha publicado un artículo de física de partículas que cita a FORM cada pocos días, en promedio. «mas que [high-precision] Los resultados que ha obtenido nuestro grupo en los últimos 20 años han dependido mucho del código FORM». Tomás alemánProfesor de la Universidad de Zúrich.

Parte de la popularidad de FORM proviene de algoritmos especializados creados a lo largo de los años, como un truco para multiplicar rápidamente ciertas partes de un diagrama de Feynman y un procedimiento para reorganizar ecuaciones para tener la menor cantidad posible de multiplicaciones y sumas. Pero la característica más antigua y poderosa de FORM es cómo maneja la memoria.

Así como los humanos tenemos dos tipos de memoria, a corto y largo plazo, las computadoras tienen dos tipos: memoria principal y externa. La memoria principal, la RAM de su computadora, es de fácil acceso sobre la marcha, pero tiene un tamaño limitado. Los dispositivos de memoria externa, como los discos duros y las unidades de estado sólido, contienen mucha más información, pero son más lentos. Para resolver una ecuación larga, debe almacenarla en la memoria principal para que pueda manejarla fácilmente.

En la década de 1980, ambos tipos de memoria tenían limitaciones. Dijo que «FORM se creó en un momento en que casi no había memoria y tampoco espacio en disco, básicamente no había nada». ben roegel, ex alumno del desarrollador de Vermaseren y desarrollador de FORM y ahora es investigador postdoctoral en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich. Esto planteó un desafío: las ecuaciones eran demasiado largas para que la memoria principal las manejara. Para dar cuenta de uno, su sistema operativo también necesita tratar su disco duro como si fuera la memoria principal. El sistema operativo, sin saber qué tamaño de ecuación esperar, almacenó los datos en un conjunto de «páginas» en el disco duro, intercambiando entre ellos con la frecuencia que se necesitaban diferentes piezas, un proceso ineficiente llamado intercambio.

FORM anula el intercambio y usa su propio método. Cuando se trabaja con una fórmula en FORMULARIO, el programa asigna una cantidad fija de espacio en el disco duro para cada término. Esta tecnología permite que el programa rastree más fácilmente dónde están las partes de la ecuación. También facilita volver a colocar esas piezas en la memoria principal cuando las necesite sin acceder al resto.

La memoria ha crecido desde los primeros días de FORM, de 128 KB de RAM en el Atari 130XE en 1985 a 128 GB de RAM en la optimización de escritorio, una mejora millonaria. Pero los trucos que desarrolló Vermaseren siguen siendo cruciales. A medida que los físicos de partículas profundizan en petabytes de datos del Gran Colisionador de Hadrones para buscar evidencia de nuevas partículas, aumenta su necesidad de precisión y, por lo tanto, la longitud de sus ecuaciones.