Renato Callado Borges :: Blog :: Alice Control Room
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Olá!Tal como eu escrevi no primeiro post a respeito deste treinamento que estou realizando aqui no CERN, a física relacionada ao experimento ainda me escapa, e por isso peço aos físicos que lerem este post que por favor me corrijam!O Alice é um dos detectores do LHC. Talvez fosse mais adequado dizer que se trata de um "sistema de detecção", ao invés de simplesmente dizer que se trata de "um" detector.O site relacionado especificamente com o Alice é o http://aliceinfo.cern.ch, aonde pode-se encontrar, por exemplo, a imagem abaixo, que indica os detectores que compõem o Alice.
A imagem em detalhe é dos detectores mais centrais, que estão posicionados mais próximos do ponto aonde os feixes se cruzam. Esse subconjunto é chamado de ITS (Inner Tracking System).Como pode ser visto na figura, o Alice é composto por diferentes detectores, que utilizam diferentes mecanismos para realizar suas medições. Além disso, cada detector tem uma finalidade específica.
A imagem no começo do post mostra o Alice "real".O Alice é controlado a partir do ACR (Alice Control Room), que fica num prédio logo acima do detector, e que portanto também é o local a partir do qual pode-se ter acesso físico ao Alice. Na foto abaixo, o ACR fica atrás dos blocos de concreto à direita.
Acima: sala de controle dos sistemas de detecção.Meu treinamento tem como foco o controle dos sistemas de detecção, e por isso irei falar um pouco sobre os três sistemas que eu já operei: DAQ, HLT e CTP. Eu irei explicar as coisas "de trás para frente", ou seja, vou mostrar os resultados e depois explicar como esses resultados são obtidos, pois me parece que assim aquilo que estou descrevendo não fica tão abstrato.A imagem abaixo é a da tela de reconstrução de eventos online. Essa reconstrução é feita ao mesmo tempo em que a tomada de dados é feita, e ilustra o resultado de uma análise inicial dos dados, sendo que uma análise mais aprofundada deve ser realizada offline (online quer dizer ao mesmo tempo que a tomada de dados, e offline, independentemente da tomada de dados).
O que pode ser visto nesta imagem são os detectores, que são mostrados transparentes. Em opaco, temos bolinhas que indicam os pontos em que foram detectadas partículas, e as linhas que ligam esses pontos foram calculadas pelo reconstrutor de eventos. Essa imagem portanto é uma primeira reconstrução do estado do detector num certo instante, e que indica as trajetórias mais prováveis para certas partículas.Quanto à física, essa imagem ilustra um evento de raios cósmicos, pois como se pode ver, as trajetórias das partículas apenas atravessaram o detector, não tendo se originado do centro, como é de se esperar numa colisão dos feixes. Esses eventos - chamados por aqui de cosmics - permitem calibrar diversas partes do sistema, na ausência de colisões reais de feixes de núcleos pesados.Eu disse que os cosmics são um tipo de evento. As especificidades dos detectores que compõem o Alice fazem com que cada componente do Alice produza dados com frequência e quantidade de dados específicas. Mas esses dados, para que tenham relevância física, devem ser agregados no que se convencionou chamar de "eventos", e que descrevem o estado da matéria dentro do Alice num certo instante.Mas como os detectores produzem dados em taxas diferentes, se estivéssemos "lendo" os dados de todos os detectores o tempo todo, seríamos sempre limitados a obter eventos de acordo com o detector mais demorado.
Essa limitação é incontornável, mas neste caso, "less is more". Tomar menos dados do que o máximo absoluto é uma estratégia muito interessante para aumentar a relevância física do experimento.Isto é feito através do que é chamado de triggers (gatilhos). O princípio é o seguinte: ao invés de realizar a leitura sempre que o equipamento estiver livre, a leitura é iniciada apenas em certos detectores, os triggers. Se aquilo que for lido no trigger indica que ocorreu um evento relevante, só então os demais detectores são acionados. Dessa forma, são lidos menos dados - mas aumenta-se a taxa de leitura dos eventos interessantes, que por aqui são chamados de rare events (eventos raros).A especificação de quais detectores serão triggers, e com que frequência, e com uma série de outros detalhes, é feita pelo operador do CTP, que trabalha na estação ilustrada abaixo.
Um conjunto de configurações feitos no CTP é chamado de "partition" (partição). Fundamentalmente, determina quais dados serão lidos, e com que taxa. Mas para que um evento possa ser reconstruído, também é necessário coordenar a leitura dos dados. Essa coordenação é feita pelo DAQ (Data Acquisition), que muitas vezes é realizado pelo operador do ECS.A função do ECS é selecionar as partições que serão ativadas durante a execução da experiência (por aqui essa execução é chamada de run), e remover detectores individuais (que poderiam ser removidos no CTP, mas é bom que um sistema complexo tenha redundância!), e também indicar quais LDCs e GDCs serão utilizados para transformar os dados dos detectores em eventos. LDC significa Local Data Concentrator e GDC, Global Data Concentrator.
Acima, a estação de trabalho do operador ECS, que muitas vezes é chamado de DAQ. (Espera-se que essas duas tarefas sejam fundidas em breve. Aliás espera-se que o controle da experiência seja amplamente automatizado, assim que toda a calibragem e testes forem concluídos).Obviamente, esta descrição é bastante simplificada e existem muitos detalhes que só poderiam ser apreciados vendo o sistema em funcionamento. Por exemplo, entre a leitura do detector e a gravação dos dados existe todo um subsistema, chamado de HLT (High Level Trigger).
Acima, a estação de trabalho do operador HLT.A função do HLT é equivalente à do trigger: ambos recebem uma parte dos dados e decidem, com base nesses dados parciais, se o conjunto total dos dados tem relevância física, e então ativam (ou não) a próxima etapa da coleta de dados.Os triggers, como expliquei acima, são os detectores "rápidos". Se sua leitura indica que eles detectaram alguma partícula, pode ser ou não o caso de que ocorreu um evento raro. Então a leitura de todos os detectores é feita, a menos que exista alguma contra-ordem.
Após a leitura dos dados dos detectores, esses dados devem ser armazenados em algum lugar. Os detectores do LHC irão gerar um volume de dados impressionante, e portanto não é possível armazenar todos esses dados num único local físico. Os dados são distribuídos para centros computacionais no mundo todo (inclusive para o Brasil).Antes dessa distribuição, os dados são armazenados localmente, e como existe um intervalo de tempo entre uma leitura e outra que é ao menos igual ao intervalo de tempo que leva para o detector mais "lento" fornecer seus dados, é possível usar esse tempo para fazer uma análise superficial dos dados obtidos. Essa é a função do HLT.
Na foto acima, pode-se ver uma parte do cluster do HLT que é localizado nas proximidades do Alice, e que recebe os dados vindos do detector.Quando eu digo "análise superficial" eu me refiro à impossibilidade de fazer uma análise que considere todas as quantidades físicas relacionadas a cada partícula, pois uma análise tão "profunda" exigiria muito mais cálculos, e portanto mais tempo, o que não é disponível - só temos o tempo entre uma tomada de dados e outra, algo da ordem de 1 milissegundo.
Atualmente, o HLT realiza, em especial, a reconstrução das trajetórias mais evidentes (tal como pode ser visto na ilustração do cosmic). Após essa reconstrução, um evento pode ser descartado ou gravado. Por exemplo, caso não possua ao menos X trajetórias, pode ser descartado.Estes três sistemas de controle, CTP, DAQ, HLT, são os sistemas através dos quais é otimizada a probabilidade de que os dados efetivamente obtidos no Alice sejam de relevância física. Isto é feito levando em conta as restrições do mundo real, como dinheiro e tempo limitados, e com o objetivo de selecionar os eventos mais relevantes de acordo com certa configuração.Eu creio que a pergunta que deveria ser feita nesse ponto é: como escolher uma configuração para o Alice? A resposta dessa pergunta exige uma compreensão clara da física relacionada à colisão de núcleos pesados em velocidades relativísticas, e eu não tenho essa compreensão, de modo que paro por aqui.
Assim como no CERN, ouve-se idiomas do mundo inteiro caminhando por Genebra. Eu tive a sorte de ir num dia em que ocorria uma feira em que as pessoas levaram todo tipo de coisa para vender ou trocar (comprei um livro sobre Switches Gigabit por 5 francos suíços : ) e havia nessa feira um certo ar de Brasil, com espetinhos feitos na calçada, rapaz com violão cantando MPB e muita gente falando e rindo.As árvores nesta última semana mudaram de cor, e segundo o pessoal daqui, mais experimentados nesse negócio chamado outono, as folhas vão cair logo logo. Mas dizem que este ano o outono está demorando pra chegar. Deve ser sorte de brasileiro : ) Palavras-chave: ACR, Alice, Alice Control Room, Central Trigger Processing, CERN, CTP, DAQ, Data Acquisition, ECS, Experiment Control System, Genebra, High Level Trigger, HLT, LHC, Point2
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