Επιστημονικοί υπολογισμοί

Η Δράση Δ1.1.2 αφορά υπολογισμούς και ανάλυση δεδομένων μεγάλου όγκου στην φυσική των υψηλών ενεργειών, στην πυρηνική φυσική, την φυσική του ήλιου και την κοσμολογία. Αναλυτικότερα: Η Πειραματική Φυσική των Υψηλών Ενεργειών (Πειραματική Σωματιδιακή Φυσική) αποτελεί έναν από του πλέον αναπτυγμένους κλάδους της Φυσικής σήμερα. Στόχος της είναι η κατανόηση της δομής της ύλης και των αλληλεπιδράσεων που παρουσιάζονται στην Φύση. Η συγκεκριμένη έρευνα προσπαθεί να δώσει απαντήσεις για την προέλευση, την εξέλιξη και την σύσταση του Σύμπαντος. Επί πλέον ξετάζει την ύπαρξη και άλλων μορφών ύλης πέραν της βαρυονικής (πχ. σκοτεινή ύλη). Η πλέον πρωτοπόρος έρευνα στον τομέα αυτόν λαμβάνει χώρα σήμερα στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (Large Hadron Collider - LHC) ο οποίος βρίσκεται στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο CERN, το οποίο αποτελεί παγκόσμιο πρότυπο αριστείας. Η ομάδα Πειραματικής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών από την έναρξη του προγράμματος ασχολείται με την ανάλυση πειραματικών δεδομένων του πειράματος CMS στον μεγάλο αδρονικό επιταχυντή LHC του CERN. Αφορούν δεδομένα τα οποία συλλέχθηκαν κατά το RUN II του LHC. Από την ανάλυση των δεδομένων μέχρι στιγμής προκύπτουν σημαντικά αποτελέσματα σε δύο κατευθύνσεις. (α) Τη μέτρηση της ενεργού διατομής παραγωγής ζευγών πιδάκων (jets) σωματιδίων κατά την αλληλεπίδραση πρωτονίου-πρωτονίου με ενέργεια στο κέντρο μάζας 13 TeV, και (β) Την μέτρηση της σταθεράς των ισχυρών αλληλεπιδράσεων στην μάζα του σωματίου Z και τον έλεγχο της εξέλιξής της για πρώτη φορά μέχρι την ενέργεια των 2TeV.

Η Δράση Δ1.1.3 αφορά υπολογισμούς στις ατμοσφαιρικές επιστήμες και την πρόγνωση καιρικών φαινομένων. Η έρευνα βασίζεται σε προσομοιώσεις μοντέλων που χρησιμοποιούνται για διάφορες εφαρμογές στα πλαίσια των Ατμοσφαιρικών Επιστημών. Πιο συγκεκριμένα: - μοντέλα πρόγνωσης καιρού με εφαρμογή μεταξύ άλλων του σύγχρονου αριθμητικού μοντέλου WRF. Το WRF προσομοιώνει την τρισδιάστατη δομή της ατμόσφαιρας σε ότι αφορά στο σύνολο των ετεωρολογικών παραμέτρων και διεξάγει πρόγνωση καιρού, επιλύοντας τις εξισώσεις της αριθμητικής πρόγνωσης καιρού σε υψηλή χωρική και χρονική ανάλυση. - μοντέλα διάδοσης ακτινοβολίας (RTMs) και ενεργειακού ισοζυγίου, το οποία περιλαμβάνουν σειρά διαφορετικών εκδόσεων μοντέλων που πραγματοποιούν προσομοιώσεις της διάδοσης της ηλιακής και της γήινης (υπέρυθρης) ακτινοβολίας, σε φασματική ανάλυση είτε γραμμής (line-by-line) είτε ευρυζωνική (broadband). - μοντέλα στατιστικής ροής τα οποία περιλαμβάνουν εργαλεία της S3T. Η χρήση των συγκεκριμένων εργαλείων γίνεται στα πλαίσια ανάπτυξης θεωρίας για την κατανόηση της δομής του αεροχειμάρρου και ων συστημάτων εμποδισμού και του πώς θα αποκριθούν οι δομές αυτές στην κλιματική

Η Δράση Δ1.1.4 αφορά στην προσομοίωση οργανικών ημιαγωγών και πολυμερών υλικών. Αναλυτικότερα: Οι οργανικοί ημιαγωγοί αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη κατηγορία οικονομικών και φιλικών προς το περιβάλλον υλικών. Σε σχέση με τους ευρέως χρησιμοποιούμενους ανόργανους ημιαγωγούς είναι εύκαμπτοι, ελαφρείς, οι οπτικές και ηλεκτρονικές τους ιδιότητες μπορούν να τροποποιηθούν μέσω μοριακού σχεδιασμού και είναι συμβατοί με διαδικασίες παραγωγής μεγάλης κλίμακας. Επιπλέον, έως τώρα έχουν επιδείξει σημαντική δυνατότητα εφαρμογής σε διατάξεις όπως δίοδοι εκπομπής φωτός (OLED), οργανικά τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης (OTFT) και ηλιακά κύτταρα (OSC). Η τρέχουσα υπολογιστική έρευνα στοχεύει στη βελτιστοποίηση της απόδοσής τους μέσω της σύνδεσης της μικροδομής των υλικών με τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες.

Η Δράση Δ1.1.5 αφορά σε Μοριακές προσομοιώσεις στην βιοχημεία και ανάλυση δεδομένων μεγάλης κλίμακας στην βιοπληροφορική. Αντικείμενα της ερευνητικής δραστηριότητας της ομάδας Βιοχημείας του Τμήματος Ιατρικής του ΠΙ είναι:
- η διερεύνηση του λεγόμενου «κώδικα ιστονών» με ένα συνδυασμό πειραματικών προσεγγίσεων και μοριακών προσομοιώσεων.
- η επεξεργασία δεδομένων από αλληλούχιση ολόκληρων γονιδιωμάτων με χρήση δειγμάτων RNA που παρασκευάζονται στο εργαστήριό από κυτταρικές σειρές και ιστούς που εκφράζουν φυσιολογικές ή παθογενείς μορφές γονιδίων πυρηνικών πρωτεϊνών, όπως η haspin κινάση, που σχετίζεται με γενετικές ανωμαλίες σε γαμετικά κύτταρα και προβλήματα γονιμότητας και ο Υποδοχέας της Λαμίνης Β που συνδέεται με σοβαρές και συχνά θανατηφόρες μυικές και σκελετικές δυσπλασίες.

Η Δράση Δ1.1.6 αφορά σε προσομοιώσεις και εφαρμογές στην Ιατρική, στα πεδία της Ιατρικής Φυσικής, Φαρμακολογίας κτλ.
Στην Ιατρική φυσική, η χρήση μεθόδων Monte Carlo για προσομοίωση της διάχυσης ιοντίζουσας ακτινοβολίας (ΙΑ) θεωρείται σήμερα το πιο αξιόπιστο εργαλείο υπολογισμού της ακτινικής δόσης στον ασθενή κατά την ακτινοθεραπεία ή κατά τις διάφορες ακτινοδιαγνωστικές εξετάσεις (CT, PET, SPECT). Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι ότι οι κώδικες Monte Carlo που χρησιμοποιούνται στην συμβατική δοσιμετρία παρέχουν μόνο μακροσκοπικές (mm-cm) κατανομές της απορροφούμενης ενέργειας, και επομένως δεν μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σε κυτταρικό επίπεδο ή σε επίπεδο DNA (nm-μm), που αφενός αποτελούν τους βασικούς βιολογικούς στόχους των ΙΑ και αφετέρου επιτρέπουν πιο ακριβή και εξατομικευμένη θεραπεία. Το υπολογιστικό εργαλείο Geant4 που αναπτύχθηκε αρχικά στο CERN, αποτελεί τον μοναδικό μέχρι σήμερα ευρείας χρήσης κώδικα Monte Carlo που επιτρέπει, μέσω κατάλληλων φυσικών μοντέλων που περιέχονται στο πακέτο Geant4-DNA, τη δυνατότητα προσομοιώσεων σε βιολογικό έσο (νερό) με διακριτική ικανότητα της τάξης του 1 nm.