Was machen Physikerinnen und Physiker mit einer Rechnerfarm ?
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Hanna Kluge CMS DESY in Zeuthen - PowerPoint PPT Presentation


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Was machen Physikerinnen und Physiker mit einer Rechnerfarm ?. Hanna Kluge CMS DESY in Zeuthen. Zeuthen, den 4.12.2007. Inhalt. Zeuthen 2007 Techisches. Seminar Hanna Kluge Page 1.

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Was machen Physikerinnen und Physiker mit einer Rechnerfarm ?

Hanna Kluge

CMS

DESY in Zeuthen

Zeuthen, den 4.12.2007


Inhalt ?

Zeuthen 2007 Techisches. Seminar Hanna Kluge Page 1

Viele kleine Teilchen – viele schnelle Rechner

Die Hauptfragen

der

Teilchenphysik

Rechner

Wieviele, wie schnell, wie zuverlaessig

Experiment versus Theorie

Fragen sind immer erwünscht


Hauptfragen der Teilchenphysik ?

Was haelt die Welt im Innersten zusammen?

Wo kommt die Masse her ?

Was ist ein elementares Teilchen?

Standardmodell der

Teilchenphysik

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 2


Sind es wirklich nur drei Familien ? ?

Frage: Gibt es nur drei Sorten von Neutrinos ?

(und damit drei Familien von Elementarteilchen)

Antwort: Mache ein Experiment

Benutze einen Beschleuniger

Baue einen Detektor

Erzeuge 20 Millionen Z Bosonen

Zeichne diese Daten auf

Werte diese Daten aus

Vergleiche die Daten mit einem

Model fuer 2,3,4 Neutrinos

Schaue was raus kommt

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 4


Der Beschleuniger z.B. LEP ?

Ort: CERN

Zeit:1989-2003

Teilchen: Elektronen und Positronen

Energie 2 x 45 GeV

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 5


Experiment wie L3 ?

Teilchen hinterlassen im Detektor Spuren

Elektrische Signale werden aufgezeichnet

(online) und verarbeitet (Trigger,verdichten)

Daten: Signalhoehe, Laufzeiten der Signale….

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 6


Ereignisse sind wechselwirkungen

Ereignisse und Daten ?

Ereignisse sind Wechselwirkungen

Anzahl der Ereignisse/Experiment: Mio. bis Mrd.

Sie enthalten zunaechst die Rohdaten

Spaeter die bearbeiteten Daten

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 7


Wieviele Daten brauchen wir ? ?

Gesucht : Alle Z-Zerfaelle = Inklusive

Sichtbare und unsichtbare

Zerfaelle

In geladene in ungeladene

und ungeladene

Teilchen

Methode: Zaehlen aller dieser Zerfaelle

Genauigkeit: per mille oder besser

20 Mio events

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 8


Physikalische Messgroessen ?

  • Cross section= Wirkungsquerschnitt

    = Anzahl der Events eines bestimm-

    ten Typs

  • Energie eines Teilchens, Information

    aus dem Kalorimeter

  • Impuls/Ort eines Teilchens gemessen

    mit Spurdetektoren, Ort und Signal

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 9


Was macht man nun auf der PC Farm? ?

Berechnung der Eigenschaften der erzeugten Teilchen

Rekonstruktion

Ereignisauswahl

Analyse

Vergleich mit Modellen

Zeuthen2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 10


Was passiert mit den Rohdaten ? ?

  • Rekonstruktion der Rohdaten  SCHRITT 1

  • Rekonstruktion eines Spurpunktes ineinem Detektors

  • (Gravitationzentrum=Spurpunkt)

  • Rekonstruktion eines Spursegmentes aus den Spurpunkten

  • eines Detektors

  • Rekonstruktion einer Teilchenspur aus den Spursegmenten

  • Bestimmung des Impulses ( unter Annahme einer

  • Teilchenmasse) und der Teilchenladung ( Magnetfeld)

  • Bestimmung der Teilchenenergie fuer geladene und neutrale

  • Teilchen aus der Schauerform und der Laenge des Schauers,

  • Zuordnung von Spuren und Schauern

  • Bestimmung der Teilchenart

  • Zuordnung der Spuren zu Vertices

  • Abspeichern der Informationen

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 11


Ereignisauswahl ?

Bestimmte physikalische Prozesse haben bestimmte Topologien

Topologie: Ereignisgestalt --- Anzahl der Teilchen,

raeumliche Verteilung

Untergruppierungen

Z Zerfaelle: leptonisch zwei Elektronen, Muonen

hadronisch zwei Jets

neutrale nichts (ein Photon)

Suche in den 20 Mio. Events nach Z-Zerfaellen

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna KLuge Page 12


Analyse ?

Hierfuer reicht manchmal der eigene PC!!!!

Stelle fuer alle gefundenen Z-Zerfaelle die physikalischen

Groessen graphisch dar, beruecksichtige die Fehler der Messung

Suche nach einer passenden theoretischen Beschreibung

---- Anpassung einer mathematischen Kurve ( Fitten)

damit ist der PC schon mal einige Zeit beschaeftigt

---- Monte Carlo Rechnungen

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna KLuge Page 13


Monte Carlo Rechnungen ?

Da freut sich die PC Farm ……

Wie viele Mio. Ereignisse muss ich erzeugen,

damit mein Ergebnis nicht durch die Fehler

dieser Rechnungen dominiert wird?

Definition : Monte Carlo Ereignisse sind mit dem Rechner

kuenstlich erzeugte Events, die auf dem jeweils

aktuellen Wissenstand beruhen.

Methode: Erst werden die Impulse und Energien der Teilchen

generiert, dann die Verhaeltnisse im Detektor

simuliert, dann die Events analysiert.

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna Kluge Page 14


Monte Carlo Rechnungen ?

Erfahrungswert: 10 x mehr Monte Carlo Ereignisse

20 Mio. Ereignisse Rohdaten

18 Mio. Z Zerfaelle  180 Mio. generierte Events

Achtung : das ist ein sehr einfaches Beispiel!

Bei jeder Aenderung des Modells ( und wir verbessern die

Modelle staendig), bei jeder neuen Erkenntnis ueber den

Detektor    Re-bearbeitung der Daten

Zeuthen 2007 Technisches Seminar Hanna KLuge Page 15


Wiederbearbeitung der Daten ?

  • Warum kommt es zu solchem Rerunning ?

  • Es gibt neue bessere Modelle Rerun der Monte Carlo

  • Ereignisse

  • 2. Es gibt neue Erkenntnisse ueber den Detektor  Rerun der

  • Daten

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Ursprungsfrage : Anzahl der Familien ?

Erinnern Sie Sich noch ?

Wieviele Familien von Elementarteilchen gibt es ?

Wieviele Neutrinos gibt es ? 2 oder 3 oder 4

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Anzahl von Neutrinos ?

oder

3

2.94+/-0.11

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Uebrigens ……. ?

Muss der Physiker oder die Physikerin nicht ihre Daten

und ihr Monte Carlo selber machen  Arbeitsgruppen

fuer MC und Datenbearbeitung

Daten und MC zentral auch gespeichert

Und heute ist die Farm GRID aber das ein anderer

Vortrag……..

Danke fuer die Aufmerksamkeit und fuer die Bereitstellung

der PC Farmen….

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