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Breno Rilho Lemos, 24/09/2019 10:53


Grupo de estudos dos Dados Abertos do Experimento ALICE

ALICE: A Large Ion Collider Experiment, um experimento de física de partículas do Large Hadron Collider, CERN

Descrição do Projeto

O projeto visa à familiarização e divulgação das técnicas de análise de dados do experimento ALICE, um dos detectores do LHC, desenvolvido com o objetivo de estudar uma fase da matéria denominada quark gluon plasma. Todo ano, o LHC realiza séries de colisões entre pacotes de núcleos de átomos de chumbo (Pb), que são pesados o suficiente para liberar os quarks contidos dentro de seus prótons e nêutrons e criar novas partículas, ao se chocarem. O detector ALICE recolhe informação de tais colisões, como partes das trajetórias de certas partículas, sua posição inicial e carga. O projeto em questão busca construir conhecimento acerca da forma como são interpretados e utilizados os dados, sendo um dos principais objetivos a elaboração de um sistema de visualização 3D das colisões chumbo-chumbo que serve, sobretudo, para fins didáticos e de aprendizagem.


Principais Características

  • Este grupo de estudos utilizará os dados do Experimento ALICE disponíveis no CERN Open Data Portal.
  • Os eventos estudados englobam princípios da Física de Partículas Elementares e da Teoria da Relatividade Especial.

Atividades Preliminares

Para fins de familiarização com os conteúdos necessários para o entendimento do projeto, são relevantes os arquivos e links disponíveis abaixo.


Histórico

Data Evento
31/07/19 Apresentação do projeto e seus objetivos
01/08/19 Definição da estrutura da Wiki e Tarefas
14/08/19 Criação de exemplo que processa os arquivos AliESDs.root no aliroot
16/08/19 Encontro do Grupo

Tarefas

Abaixo, são descritas as tarefas propostas para o decorrer do projeto, que serão atualizadas na medida em que for obtido maior grau de precisão de seus objetivos. O progresso das mesmas, bem como a tarefa atual, está disponível na seção Tarefas.

Tarefa 0: Organizar a documentação do projeto.

Esta Wiki é feita a partir do Modelo de Documentação Padrão do CTA. O registro dos progressos serão feitos nas Tarefas, enquanto os sumários dos encontros do grupo estarão nos Fóruns.

Tarefa: Familiarização com as ferramentas de análise de dados. Listar opções e documentar procedimentos de uso. Enquanto as ferramentas necessárias para uso dos dados abertos estão descritas no CERN Open Data Portal, pode ser utilizado o Aliroot oficial de análise de dados da colaboração ALICE - cujos links são os dois primeiros abaixo -, apesar de talvez nem tudo estar acessível publicamente.

Tarefa: Geração de gráficos, tabelas e estatísticas dos dados. Primeiramente, visa-se executar exemplos com um evento isolado, para depois generalizar os resultados para uma infinidade de eventos. Cada choque de pacotes de núcleos atômicos constitui um evento.
  • Distribuição de multiplicidade de partículas dos eventos, distribuição de p_t (momento relativístico transversal) e posições dos vértices.
  • Caracterização das trilhas: tipo de partícula e variáveis cinemáticas.
Tarefa: Criação das trilhas no Blender.

Desafio da primeira fase do Grupo de Estudos: A partir dos conhecimentos adquiridos com as etapas anteriores, criar visualizações 3D dos dados obtidos pelo detector ALICE. As visualizações serão utilizadas em atividades de divulgação científica.


Documentação

A análise de dados provenientes das colisões de partículas do detector ALICE pode ser feita por meio de duas principais abordagens: através de uma plataforma de máquina virtual, já previamente configurada com uma interface que torna a análise intuitiva e mais direta, ou através de um software de análise de dados, chamado Aliroot, que com o auxílio de programas na linguagem C++, obtém a informação diretamente dos arquivos disponíveis. Ao passo que a máquina virtual torna os processos mais simplificados, a abordagem do software proporciona maior capacidade de familiarização com o quadro geral do armazenamento de dados e sua obtenção, portanto o projeto dedica-se especialmente a este último método. De qualquer maneira, estão documentadas aqui características de ambas as abordagens.

Abordagem do software Aliroot

Conhecida como ALICE Off-line Project, por não precisar de conexão à internet durante a análise dos dados, consiste essencialmente no download de arquivos do tipo ESD - Event Summary Data - com extensão .root, diretamente do portal de dados abertos do CERN, e em seguida na execução de programas específicos para coletar e fazer reconstruções e simulações com os dados desejados. Cada arquivo contém informações a respeito de uma série de eventos, sendo cada evento definido como uma colisão de pacotes de partículas (que podem se tratar de colisões próton-próton ou chumbo-chumbo).

O próprio CERN disponibiliza páginas que introduzem a análise no ALICE e também a plataforma de análise ALICE. Foi desenvolvida, também, de maneira extraoficial, uma abordagem alternativa utilizando a linguagem de programação Rust.

Podem ser úteis, também, os seguintes itens:

Abordagem utilizando máquina virtual

É o método indicado pelo CERN para análise dos dados abertos disponíveis no portal.


Próximos Passos

Executar exemplo de análise de dados dos arquivos do tipo ESD, contidos no GitLab do CTA, e documentar procedimentos de uso.


Estudos complementares


Contatos


Referências

ALICE_PbPb_Capa_wiki.png (364.2 kB) Rafael Pezzi, 31/07/2019 15:20

Reconstruction-Framework.gif (31.5 kB) Breno Rilho Lemos, 03/09/2019 10:02

TBrowser_print.png (85.9 kB) Breno Rilho Lemos, 03/09/2019 11:47

Slides-programa.odp (743.7 kB) Breno Rilho Lemos, 16/09/2019 10:02