Título: Nuevas variantes y optimización de métodos QSS para Geant4: simulación por cuantificación de estados para física de altas energías
Director: Dr. Rodrigo Castro (DC/ICC)
Jurado:
– Dr. Edgardo Marchi (DC-FCEyN-UBA, INTI)
– Dr. Lucio Santi (MercadoLibre)

Resumen del trabajo:
La simulación del movimiento de partículas en campos magnéticos es una tarea fundamental en física, que se aborda típicamente con métodos numéricos clásicos de tiempo discreto, como los algoritmos de la familia Runge-Kutta. Sin embargo, estos métodos tienen algunas limitaciones importantes, particularmente en presencia de discontinuidades geométricas muy frecuentes, donde su coste computacional aumenta significativamente. En contraste, los métodos Quantized State System (QSS) ofrecen una alternativa eficiente que discretiza el espacio de estados mientras mantiene el tiempo continuo, lo que permite una mayor eficiencia en ciertos escenarios específicos.
En esta tesis se proponen optimizaciones para la familia de métodos QSS con el objetivo de hacerlos más competitivos en el contexto de la biblioteca Geant4, el estándar de simulación de trayectorias de partículas. Las contribuciones incluyen una reimplementación más eficiente (newQSS) del código preexistente de QSS para Geant4, una nueva variante HelixQSS (que combina trayectorias helicoidales con QSS) y otra nueva variante RotationQSS (que incorpora cambios en el sistema de coordenadas para mejorar la precisión en ciertos casos). Además, se realiza un análisis exhaustivo de la eficiencia de estas variantes en términos de su rendimiento y precisión.
Los resultados presentados revelan que, en situaciones de alta proporción de interpolaciones (requeridas por el tratamiento de discontinuidades), los nuevos steppers resultan competitivos en comparación con los métodos tradicionales. En contraste, para bajas cantidades de interpolaciones, como es de esperar, las estrategias derivadas de la integración por cuantificación de estados no ofrecen ventajas en términos de rendimiento respecto a los métodos clásicos de orden superior.
En síntesis, se obtuvieron avances relevantes en la eficiencia y la calidad aportadas por newQSS, HelixQSS y RotateQSS respecto a la implementación previa de QSS, siendo en algunos casos más eficientes que los métodos clásicos.
Los nuevos métodos presentados abren la puerta a nuevas líneas de trabajo para ampliar y mejorar las variantes presentadas, sentando nuevas bases para la evolución de los métodos QSS aplicados a simulaciones de física de altas energías.