Учёные ИЯФ СО РАН разработали систему для анализа большого объема данных в международном эксперименте Belle II

06.09.2016



ПРЕСС-РЕЛИЗ

Ученые Института ядерной физики им. Г.И.Будкера (ИЯФ СО РАН) совместно с коллегами из Японии и Кореи разработали электронику регистрации и программное обеспечение для калориметра в международном проекте BelleII на коллайдере KEKB (Цукуба, Япония). Перед физиками стояла непростая задача – установка будет производить более 30 тысяч полезных событий в секунду, которые нужно анализировать, что более чем в тридцать раз превосходит поток полезных событий предыдущего эксперимента – Belle. Система уже прошла предварительную проверку и через год будет запущена в работу.

5 сентября в ИЯФ СО РАН началось трехдневное международное рабочее совещание, посвященное системе триггера и сбора данных детектора. (TheBelle II Trigger/DAQ workshop). В совещании принимают участие ученые из России, Японии, Кореи, Германии и других стран.

Целью эксперимента Belle II является исследование физики B-мезонов, нарушения CP-четности и поиска «новой физики», сообщил участник совещания, координатор группы Системы сбора данных (DAQ) профессор Рёсуке Ито (Ryosuke Itoh, указать организацию). Он подчеркнул, что сейчас подготовительные работы подходят к концу, и в 2018 году планируется начало эксперимента с пучками сталкивающихся электронов и позитронов коллайдера SuperКЕКВ.

Детектор BelleII состоит из нескольких систем, предназначенных для регистрации заряженных и нейтральных частиц. Задача системы сбора данных состоит в приёме и быстром анализе сигналов со всех элементов детектора, а также в формировании блоков данных, относящихся к определенному событию и записи их для последующей обработки.

Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Александр Степанович Кузьмин является координатором группы калориметра детектора Belle II и одним из разработчиков системы сбора данных для этой системы. Он пояснил, что каждый детектор элементарных частиц – это уникальная установка, и система сбора данных ориентирована на задачи, которые она решает. «Специфика данной системы в том, – подчеркнул ученый, – что она должна обрабатывать до 30 тысяч событий в секунду. Предыдущая система на эксперименте Belle работала c загрузкой, меньшей в 30 раз. Большие объемы информации ставят жесткие требования как к подсистемам детектора, так и к системе сбора данных».

Система сбора данных – многоступенчатая, в ней задействована сложная электроника считывания и несколько сотен компьютеров. На первом уровне происходит оцифровка и обработка данных с детектора и «упаковка» информации. После этого данные с каждой системы калориметра считываются своей «фермой» компьютеров. Информация передается не по проводам, а по оптическим кабелям, что позволяет обеспечить большую пропускную способность и лучшую защиту от помех.

Затем происходит объединение данных со всех систем детектора и проводится быстрый анализ событий, позволяющий отбрасывать фоновые события. Система фильтрации должна исключить как можно больше фоновых событий, пропуская полезные. События, прошедшие систему фильтрации, записываются на диски. В дисковом хранилище информация будет храниться более 10 лет – в течение всего времени работы эксперимента и анализа экспериментальных данных.

Суть дальнейшего анализа состоит в том, чтобы выявить из миллиардов записанных событий те, которые действительно представляют интерес, например, рождение редкой частицы. «Электрон и позитрон столкнулись, – приводит пример Александр Кузьмин, – провзаимодействовали, и родилась пара новых тяжелых частиц, B-мезонов. Они, отлетев, распались на дочерние частицы, D-мезоны, каоны, пионы и другие. D-мезоны, в свою очередь, тоже распались. В среднем в каждом взаимодействии рождается более десяти относительно долгоживущих частиц, которые регистрируются детектором, и информация о которых сохраняется на дисках».

При анализе данных, используя информацию о конечных частицах (импульс, энергию, направление), можно восстановить цепочку промежуточных частиц и всё событие. Отдельные из них можно визуализировать на экране дисплея, а из анализа энергетических и угловых спектров и их корреляций можно получать новую информацию о законах взаимодействия в микромире.

Контактная информация:

Александр Степанович Кузьмин, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, р.т. +7 383 32948-33, м.т.+7 913 0167580, e-mail: A.S.Kuzmin@inp.nsk.su

©РАН 2024