Top 15 des meilleurs outils de physique pour le système Linux pour enseigner la physique

Chaque particule de l'univers obéit aux règles de la physique. C'est pourquoi la physique est appelée la branche la plus fondamentale de la science. Si la physique est considérée comme la théorie, alors toutes les autres branches de la science en sont l'application. Si nous voulons comprendre notre univers et, surtout, nous-mêmes, nous devons apprendre la physique. La connaissance de la physique est très pratique. Donc, si nous voulons comprendre la physique de l'intérieur, nous devons la découvrir en expérimentant et en analysant les données enregistrées. Et c'est le moment où nous devons utiliser certains programmes informatiques. Il existe de nombreux outils de physique open source disponibles sur Internet. Presque tous sont compatibles avec Linux. Donc, si vous cherchiez les meilleurs outils de physique pour Linux, vous êtes au bon endroit.

Meilleurs outils de physique pour Linux

Il existe différents types d'applications des logiciels de physique Linux dans l'étude et la recherche en physique théorique et appliquée. Il est donc très difficile d'appeler un seul logiciel le meilleur. Ici, nous avons rassemblé une collection des 15 meilleurs outils de physique pour Linux.

Certains d'entre eux sont destinés à l'analyse de données, d'autres à des applications numériques, d'autres à la simulation, et même certains vous aideront à programmer la solution de différents problèmes liés à la physique. Nous sommes certains que, quelles que soient vos exigences, vous allez adorer cette collection organisée de logiciels de physique Linux.

1. RACINE

Le centre de recherche de renommée mondiale CERN le développe. C'est une bibliothèque de programmation qui fonctionne selon la méthode orientée objet. Il est utilisé pour résoudre de nombreux problèmes de physique des hautes énergies. ROOT a été initialement développé pour analyser les données de la physique des particules. Mais après le processus de développement progressif, il est maintenant utilisé pour résoudre certains problèmes astronomiques et l'exploration de données.

Fonctionnalités clés de ROOT

• Il fournit des histogrammes et des graphiques pour visualiser différentes fonctions.
• ROOT peut rendre diverses formes géométriques 2D et 3D pour visualiser les données.
• Analyse de régression ou outil d'ajustement de courbe et de minimisation de fonction.
• Système de calcul à quatre vecteurs pour une utilisation en physique des hautes énergies
• Option de réseaux de neurones avancés pour l'analyse de données multivariées
• Les utilisateurs peuvent utiliser la fonctionnalité de calcul distribué pour l'opportunité d'une analyse de données parallèle.
• Interface de programmation Python et Ruby bidirectionnelle intégrée.

2. OpenFOAM

OpenFOAM est un outil physique très populaire pour Linux. Il s'agit d'une bibliothèque C++ et d'un moteur de simulation. Les équations aux dérivées partielles peuvent être résolues sans aucun problème. Il possède de nombreuses classes C++ intégrées pour les volumes finis, les éléments finis et le suivi des particules lagrangiennes. Il utilise le code de niveau supérieur qui vous donne la représentation directe de l'équation en cours de résolution.

Fonctionnalités clés d'OpenFOAM

• Il dispose de programmes de résolution intégrés tels que la combustion, les transferts de chaleur, l'électromagnétisme, la dynamique des solides, etc.
• Il a la possibilité de personnaliser les programmes préinstallés et même de créer de nouveaux programmes.
• L'interface graphique C++ intégrée nommée FoamX peut être utilisée pour gérer les dossiers.
• Compatibilité avec différents types de modélisation, y compris la modélisation lagrangienne, la modélisation thermophysique, la modélisation multiphase, etc.
• Cet outil peut générer des maillages et les convertir ou les manipuler en conséquence.
• OpenFOAM dispose d'un vaste ensemble de bibliothèques que vous obtiendrez pour une utilisation immédiate.

3. McStas

Il s'agit d'un logiciel de simulation de lancer de rayons neutroniques pour Linux. Cet outil open-source est utilisé dans différentes expériences concernant la diffusion des neutrons. Cet outil prend en charge un langage de haut niveau, et c'est pourquoi il est très facile à utiliser. Il a un compilateur intégré qui traduira vos instructions en langage ANSI-C.

Caractéristiques principales de McStas

• Il fonctionne rapidement et sans problème sur tout type d'appareil.
• McStas prend en charge les fonctionnalités à trois axes et les instruments de temps de vol.
• Il dispose d'une vaste bibliothèque de composants, y compris des sources en régime permanent et pulsé, des monochromateurs/analyseurs, des guides, des collimateurs, etc., pour la diffusion des neutrons.
• Il génère des histogrammes faciles à lire dans différents formats.

4. Poulpe

Octopus est un outil physique très populaire pour Linux. Il est spécialement utilisé pour les simulations de la dynamique électron-ion. Les champs électromagnétiques utilisés pour cela sont totalement dépendants du temps. De nombreuses propriétés statiques peuvent être obtenues par cet outil. Il peut également utiliser les unités de traitement graphique (GPU) d'un ordinateur via OpenCL et CUDA.

Caractéristiques principales d'Octopus

• Il fonctionne en mode 1D, 2D et 3D.
• Il prend en charge les conditions aux limites périodiques dans 1, 2 ou 3 directions.
• Octopus prend en charge différents types de réponses linéaires et non linéaires, y compris, via la propagation dans le temps, la formulation de Marc Casida, le formalisme de réponse linéaire de Sterheimer, etc.
• Cet outil fonctionne à la fois en simple et en double précision.

5. Elmer

Celui-ci est un outil de simulation gratuit utilisé dans le domaine de la Physique. Il a été créé par une organisation finlandaise. Elmer est utilisé pour simuler la mécanique des matières fluides, la mécanique des structures solides, le transport des chaleurs, etc. Il dispose d'une interface graphique moderne qui peut être programmée selon ses besoins.

Caractéristiques principales d'Elmer

• Ce progiciel contient une énorme collection de solutionneurs de problèmes pour différents problèmes concernant la physique.
• Il possède une large collection de méthodes numériques modernes.
• Il a des schémas d'intégration temporelle pour les équations du premier et du second ordre.
• Elmer propose des méthodes de solution pour les problèmes de valeurs propres.
• Cet outil fournit des solveurs BEM sans accélération multipolaire.

6. Géant4

Geant4 signifie à l'origine GEometry AND Tracking. Ce logiciel de physique Linux est utilisé pour la simulation du passage des particules à travers la matière. Le CERN a participé au développement de cette série de logiciels. Il implémente la programmation orientée objet pour résoudre les problèmes de physique. Outre la physique théorique, cet outil est principalement utilisé dans les sciences médicales et spatiales.

Fonctionnalités clés de Geant4

• Il a la possibilité de bien gérer la géométrie des objets.
• La réponse du détecteur est enregistrée lorsque les particules le traversent.
• Il se rapproche même de la façon dont un vrai détecteur réagirait dans de tels cas.
• Il utilise la puissance GPU de l'ordinateur pour la visualisation des données à l'aide d'OpenGL.
• Geant4 dispose d'un puissant générateur de nombres aléatoires à des fins différentes.

7. CP2K

Il s'agit d'un outil de physique à l'état solide gratuit et open source pour Linux. Il est même populaire pour la recherche dans le domaine de la chimie et de la biologie. Il peut effectuer des simulations complexes des différents états de la matière. Cet outil peut exécuter des calculs d'ondes planes pures ou gaussiennes. CP2K est un simulateur ab-initio de dynamique moléculaire.

Fonctionnalités clés de CP2K

• La mise à l'échelle linéaire des systèmes moléculaires utilise une méthode d'onde appelée ALMO-SCF, qui est une méthode très pratique.
• Il a des fonctions XC hybrides et doubles hybrides intégrées. Il peut même charger des fonctionnalités XC supplémentaires via la bibliothèque LibXC.
• Cet outil prend en charge les forces et énergies HF, MP2 et DFT pour résoudre des problèmes complexes.

8. Étape

"Step" est un logiciel de physique interactif basé sur un simulateur pour Linux. Cela vous aidera à ressentir l'essence de la physique. Vous pouvez créer un exemple de scène avec différents objets dans ce programme. Ensuite, vous pouvez simuler les effets de différentes forces, telles que la gravité ou la charge du ressort, sur ces objets. Vous pouvez même apporter des modifications en temps réel pendant qu'il simule les effets.

Caractéristiques principales de l'étape

• Compatibilité avec les simulations bidimensionnelles de phénomènes mécaniques.
• Différents types de générateurs de force, y compris la gravité, la charge du ressort, les particules et les forces coulombiennes
• Il dispose d'une fonction avancée de détection de collision intégrée directement dans le simulateur.
• Step peut convertir automatiquement entre les unités et effectuer des calculs d'expression.
• Il prend en charge la résolution d'équations jusqu'au 8ème ordre, qu'elles soient explicites ou implicites.
• Cet outil peut visualiser les résultats via un graphique, un compteur ou un traceur.

9. PYTHIE

Il s'agit d'un outil physique open source pour les ordinateurs basés sur Linux. PYTHIA est utilisé pour créer des événements à haute énergie à des fins de recherche. Il possède une bibliothèque intégrée de théories et de modèles pour divers aspects de la physique. Il peut simuler les conséquences expérimentales de modèles théoriques. Il peut également être utilisé pour le développement de stratégies de recherche et l'interprétation de données expérimentales.

Caractéristiques principales de PYTHIA

• Il peut simuler différents phénomènes, y compris la fragmentation, les interactions multipartons, les distributions de Parton, etc.
• Bien qu'il emprunte de nombreuses formules, il est largement basé sur des recherches originales.
• Cet outil prend également en charge les programmes informatiques tiers via des interfaces intégrées.
• Il peut utiliser des particules élémentaires pour montrer les collisions à haute énergie entre elles.

10. ASL - Bibliothèque de simulation avancée

Cet outil de physique open-source est une plateforme de simulation multiphysique. Il est également capable de calculer des équations différentielles, en particulier des EDP complexes. Bien que le moteur de calcul de ce logiciel de physique Linux soit écrit en OpenCL, les utilisateurs n'ont pas besoin d'avoir une connaissance préalable d'OpenCL. Parce qu'il est bien caché sous certaines classes C++, il permet à quiconque de passer directement de la conception assistée par ordinateur à la simulation, ce qui réduit les efforts de prétraitement.

Fonctionnalités clés de l'ASL

• Il peut être utilisé pour analyser la détection virtuelle, la chirurgie guidée par l'image, les conceptions d'exploration spatiale, etc.
• ASL prend en charge différents types de méthodes numériques, y compris la différence finie, Lattice Boltzmann, Immersed Boundary.
• Il peut importer et exporter des fichiers dans différents formats et prend en charge différents programmes informatiques populaires.
• Il a une approche de limite immergée sans maillage qui prend en charge l'importation directe de fichiers CAO.

11. FastJet

FastJet est un outil physique open source basé sur C++ pour Linux. Il fournit une large gamme d'outils pour la recherche et l'analyse des jets. Il contient différents types d'algorithmes de jet intégrés. En dehors de cela, il peut charger des algorithmes de jet tiers supplémentaires via son mécanisme de plug-in. Il fournit des outils supplémentaires pour déterminer les zones des jets et contrôler le niveau de bruit des jets.

Caractéristiques principales de FastJet

• FastJet intègre des algorithmes de jet, notamment "Cambridge/Aachen Jet Algorithm", "Longitudinally Invariant k_t Jet Algorithm », et bien plus encore.
• Il dispose d'un gestionnaire de plug-ins avancé pour l'installation d'algorithmes tiers.
• Il a MassDropTagger, CASubJetTagger, etc., à des fins de marquage.
• Prise en charge de l'estimation et de la soustraction d'arrière-plan à l'aide de JetMedianBackgroundEstimator et GridMedianBackgroundEstimator.

12. Traqueur

Il s'agit d'un outil de modélisation et d'analyse vidéo construit avec le langage de programmation Java. Bien qu'il soit conçu pour les étudiants en physique, il est très populaire parmi les professionnels. Il fonctionne comme un logiciel de montage vidéo, mais il peut être utilisé efficacement dans le domaine de la physique. Parce que dans diverses expériences, vous devez analyser les fichiers vidéo pour obtenir le résultat souhaité.

Caractéristiques principales de Tracker

• Cet outil peut réduire le bruit dans une vidéo et peut ajouter des effets spéciaux ou des améliorations.
• Les utilisateurs peuvent analyser les couleurs rouge, verte et bleue du spectre et obtenir des profils de raies.
• Si vous travaillez avec des particules à haute énergie, les multiples vues de cadre de référence des collisions et autres mouvements vous aideront à obtenir la simulation exacte.
• Il prend en charge divers formats, y compris mov, avi, Flv, mp4, WMV, etc.
• Tracker peut copier et imprimer des images de n'importe quelle image de la vidéo sous n'importe quel angle pour une utilisation dans les laboratoires et d'autres documents.

13. CompHEP

CompHEP est un outil de physique des hautes énergies pour les ordinateurs Linux. Ce progiciel est utilisé pour les calculs automatiques, qui consistent en des programmes symboliques et numériques. Les utilisateurs peuvent créer de nouveaux modèles physiques à l'aide d'un outil nommé LanHEP. En dehors de cela, les processus calculés par CompHEP peuvent être interfacés avec PYTHIA et HERWIG en tant que nouveaux processus externes.

Caractéristiques principales de CompHEP

• Ce programme peut générer des diagrammes de Feynman et les afficher.
•  Il dispose d'une calculatrice symbolique intégrée qui peut être utilisée pour calculer des expressions basées sur la matrice au carré.
• CompHEP peut générer des codes C optimisés pour d'autres calculs numériques.
• Cet outil peut identifier les particules sortantes ou entrantes et peut sélectionner le processus en conséquence.

14. LHAPDF

C'est un logiciel de physique Linux populaire pour évaluer les fichiers PDF à partir de fichiers de données discrétisés. Les utilisateurs peuvent accéder à cette bibliothèque en écrivant du code en C++. Il prend également en charge les langages Python et Fortran dans une mesure limitée. La dernière version, LHAPDF6, a surmonté certaines limitations de son prédécesseur. Désormais, il n'y a plus de restrictions sur le nombre de fichiers PDF simultanés. Il prend également en charge l'option de charger un seul fichier plutôt qu'un ensemble complet.

Caractéristiques principales de LHAPDF

• Prise en charge de l'importation de fichiers de données compressés.
• Il autorise le contenu de Parton via le schéma de code d'identification PDG, ce qui en fait un processus plus efficace.
• Cet outil utilise un système de métadonnées flexible qui corrige de nombreuses erreurs de métadonnées fondamentales.
• Vous pouvez utiliser vos codes existants sur cet outil de physique open source compatible avec la version précédente.

15. Solveur de flux Gerris

Cet outil est un simulateur utilisé pour simuler l'état d'écoulement d'une matière. Il peut même traiter automatiquement des frontières solides arbitrairement complexes. Ce logiciel de physique Linux est soutenu par l'Institut National de la Recherche sur l'Eau et l'Atmosphère et l'Institut Jean le Rond d'Alembert. Gerris utilise une technique avancée de « limite intégrée » pour résoudre les problèmes de flux.

Fonctionnalités clés du solveur de flux Gerris

• La fonctionnalité de raffinement adaptatif du maillage permet d'adapter dynamiquement la résolution aux caractéristiques du flux.
• Il prend en charge un nombre illimité de traceurs passifs diffus.
• Il dispose d'une spécification orientée objet flexible des conditions aux limites.
• Gerris Flow Solver peut résoudre des équations d'Euler, de Stokes ou de Navier-Stokes à densité variable incompressibles et dépendant du temps.

Réflexions finales

Sans l'aide de programmes informatiques, la physique moderne ne serait pas allée aussi loin. Les outils ci-dessus sont très utiles dans le domaine de la physique moderne. Ces outils de physique pour votre système Linux sont très capables de traiter les phénomènes de physique des hautes énergies. En fin de compte, c'est l'utilisateur qui peut tirer le meilleur parti d'un outil. Alors, choisissez judicieusement le logiciel que vous souhaitez en essayant et en testant différentes options. Si vous avez un outil de physique open source préféré, vous pouvez commenter ci-dessous pour le faire savoir aux autres.