乔斯・维马塞伦与 FORM：粒子物理学的关键工具及其维护困境

原创已于 2025-04-24 19:04:56 修改 · 731 阅读

11 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#物理

于 2024-07-19 18:05:50 首次发布

Physics 专栏收录该内容

16 篇文章

订阅专栏

FORM 对粒子物理学研究意义深远，期待通过各方努力，找到可持续的维护方案，使其继续推动该领域的发展。

FORM：粒子物理学中的关键计算工具及其困境

在粒子物理学的发展进程中，FORM 作为一款关键的计算软件，在该领域占据着举足轻重的地位。

高能物理学领域存在大量超长且复杂的方程与公式，这使得特定计算软件的需求极为迫切。FORM 作为一款能够进行大规模符号运算的程序，可实现伽马矩阵计算、并行计算以及模式匹配等功能，多年来一直支撑着粒子物理学领域的研究与发展，众多行业内的软件包也依赖于它。

一、FORM 的发展历程

FORM 的开发始于 1984 年，距今已有数十年历史。其开发者为荷兰粒子物理学家乔斯・维马塞伦（Jos Vermaseren），他同时也是该程序当前的维护者，如今已 70 多岁高龄。

FORM 的前身是荷兰物理学家马蒂努斯・维尔特曼（Martinus Veltman）创建的 Schoonschip 程序。受当时存储和外设条件限制，Schoonschip 使用不便。Jos Vermaseren 遂着手开发更易用的工具程序，起初使用 FORTRAN 语言编写，在 FORM 1.0 版本发布前，又改用 C 语言重写。从 Apollo 工作站到奔腾 PC，FORM 逐步得到推广。

目前，FORM 发展出多个版本：

FORM：顺序版，适用于单个处理器运行；
ParFORM：多处理器版本，支持处理器自带内存，可使用集群和系统；
TFORM：多线程版本，适用于处理器共享内存系统，尤其适用于处理器数量有限的场景。

二、FORM 的特性与重要性

FORM 专注于大规模符号表达式处理，相较于通用的 Mathematica，在符号运算方面更具专业性。以参数调换运算为例：

Symbol x;   Local E = f (1,2,x,3,4);
id f (?a,x,?b) = f (?b,?a);
Print;   .end

此时 FORM 输出结果为 F=f（3,4,1,2）。

FORM 具有两大显著特点：

高效计算：借助专业算法，如快速处理费曼图部分相乘、优化方程运算步骤；
超大规模方程处理：通过将硬盘作为主存的 “分页” 处理方式，突破主存容量限制，实现复杂庞大方程式的快速计算。

自 2000 年以来，平均每隔几天就有一篇基于 FORM 的粒子物理学论文发表。计算费曼图的软件包 FormCalc 基于 FORM 实现，同时，高阶 QCD（量子色动力学）β 函数、多重 Zeta 数值（MZV）的数学结构研究等也依赖 FORM ，其在高能物理研究中的地位无可替代。

三、FORM 面临的困境

尽管 FORM 意义重大，但其运维现状却不容乐观。从开发至今，维护人员仅有十余人，如今仅剩 73 岁的 Jos Vermaseren 独自支撑。

在物理学界，程序开发工作常被低估。许多投入大量时间开发计算工具的科研人员难以获得终身职位。尽管 Jos Vermaseren 拥有荷兰国家亚原子物理研究所（Nikhef）的终身职位，且 FORM 获得欧洲研究理事会（ERC）资助（2012 年获 170 万欧资助），但意大利物理学家 Stefano Laporta 开发的简化算法却未获资助。

维护 FORM 不仅需要耗费大量精力，收益有限，还要求维护人员具备跨学科能力。若后续维护缺失，FORM 将难以跟上计算机技术发展，逐渐失去可用性。学者 Ben Ruijl 尝试开发新版本 DreFORM 以减少 bug，但因研究课题被迫搁置。

四、现状与展望

Jos Vermaseren 计划在 2023 年 4 月召开 FORM 用户峰会，探讨维护问题。GitHub 上也有用户积极参与找 Bug 和提意见，但项目更新过程中出现了代码问题。

FORM 主页：https://www.nikhef.nl/~form/
GitHub 主页：https://github.com/vermaseren/form

参考链接：

[1] Crucial Computer Program for Particle Physics at Risk of Obsolescence | Quanta Magazine
https://www.quantamagazine.org/crucial-computer-program-for-particle-physics-at-risk-of-obsolescence-20221201/

[2] Nikhef researcher Jos Vermaseren receives prestigious ERC Advanced Grant - Nikhef
https://www.nikhef.nl/www/news/nikhef-researcher-jos-vermaseren-receives-prestigious-erc-advanced-grant/

[3] https://news.ycombinator.com/item?id=33818082

[4] [math-ph/0010025] New features of FORM 2000
https://arxiv.org/abs/math-ph/0010025

[5] [hep-lat/9504014] The Use of Schoonschip and Form in Perturbative Lattice Calculations 1995
https://arxiv.org/abs/hep-lat/9504014

via:

苦撑多年，老爷子 70 多！这个软件快要没人维护了。原创 CodeSheep 2024 年 07 月 18 日 08:54 江苏
https://mp.weixin.qq.com/s/y_oLciAzfuJVEKkRLC_R2A
仅剩一位 73 岁开发者苦撑！这个计算程序快要没人维护了-优快云博客
https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45727359/article/details/132114383