Лаборатория анализа данных физики высоких энергий

• Произведен сбор, калибровка, реконструкция и итоговый анализ детекторных данных эксперимента на большом адронном коллайдере.
• Обнаружен бозон Хиггса в основном канале распада на два боттом-кварка. Открытие данного канала распада имеет огромное значение для подтверждения Cтандартной модели физики элементарных частиц и дает значительный импульс для продолжения исследований.
• Проведены исследования по поиску распада бозона Хиггса на два мюона. Данный канал имеет очень маленькую относительную ширину распада и недоступен для наблюдения из-за статистически малой выборки. Тем не менее полученный верхний предел на сечение рассеяния, помноженный на коэффициент распада, приближается к значению, предсказанному в Стандартной модели.

Внедрение результатов исследования:

• Создана электроника для тестирования микросхем VMM3 и разработаны методики по их комплексной проверке для новых детекторов. Помимо этого, группа в эксперименте ATLAS отвечает за эксплуатацию катодно-стриповых детекторов мюонного спектрометра ATLAS.

• Разработано специализированное ПО, обеспечивающее устойчивую и безошибочную запись калибровочных констант всех каналов VMM в базы данных, включая необходимые инструменты по валидации и анализу сохраненных данных.

• Разработан графический и веб-интерфейсы, одновременно обеспечивающие безопасность сетевых ресурсов. Полученные результаты и накопленный опыт могут найти применение в современной микроэлектронике при создании и тестировании новых электронных систем.

• Разрабатываемые на базе лаборатории алгоритмы и методы анализа больших данных весьма востребованы в высокотехнологичных прикладных областях исследований, таких как материаловедение, современный инженерный анализ (CAD/CAE-систем) для поддержки проектных разработок и информационно-вычислительные системы, оперирующие с большими и сверхбольшими объемами данных.

Образование и переподготовка кадров:

• Приняты в штат сотрудников лаборатории 3 студента и 3 аспиранта для выполнения квалификационных работ по тематике проекта под руководством ведущего ученого и членов научного коллектива лаборатории.

• Открыта магистратура по направлению «Физика элементарных частиц», цель которой – подготовка специалистов для работы в крупных исследовательских проектах мирового уровня, в том числе в экспериментах Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) в Швейцарии и Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (Россия). Магистрантов будут обучать анализу данных, полученных в ходе сложнейших физических экспериментов.

• Проведены серии лекций по экспериментальной физике высоких энергий в рамках подготовки студентов, аспирантов, молодых сотрудников к работе над анализом данных ATLAS, имитирующих процессы, сопровождающие прохождение заряженных частиц в детекторе ATLAS, и их визуализации, изучая технологии детектирования ионизирующего излучения ATLAS в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН).

• Проведены научные семинары с участием приглашенных ученых, а также сотрудников научных и образовательных организаций Томска.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

• Разработана концепция вычислительного кластера в конфигурации соответствующей требованиям количества данных, набираемых в эксперименте ATLAS на встречных столкновениях протонов, скорости их обработки, а также генерирования данных методом Монте-Карло. Согласно разработанной концепции вычислительного кластера, в 2018 году произведены инсталляция и ввод в эксплуатацию первой очереди вычислительного кластера в объеме 30% от расчетной мощности. В качестве системы кэширования данных сконфигурирован программный пакет Squid, реализующий функцию кэширующего прокси-сервера для протоколов HTTP, FTP, HTTPS. Данный пакет обеспечивает совместимость с большинством важнейших протоколов сети Интернет, а также с большинством существующих ныне и широко используемых операционных систем.

• Томским государственным университетом предоставлен доступ к компьютерному кластеру SKIF-Cyberia ТГУ, связанному с Курчатовским институтом и Европейским центром ядерных исследований (ЦЕРН). Лаборатория имеет прямое подключение к ресурсам вычислительного центра ТГУ через университетскую локальную сеть с межсоединением 40 Гбит/с.

• В ближайшие годы вычислительные возможности лаборатории вырастут, инженерная инфраструктура уже сейчас готова к размещению до 10 PB пространства для хранения и 100 терафлопс производительности.

Другие результаты:

Модернизированы алгоритмы исследования свойств бозона Хиггса. Предложенный новый подход с использованием технологии контейнеров Docker позволил гарантировать воспроизводимость результатов, получаемых на основе алгоритмов машинного обучения. По рекомендации координаторов форума машинного обучения ATLAS, разработанным материалам предоставлен официальный статус Tutorials, и в настоящее время они находятся в открытом доступе с целью привлечения физиков к использованию новейших инструментов анализа данных. Tutorials знакомят физиков ATLAS с имплементацией алгоритма TMVA на основе алгоритма AdaBoost из популярной библиотеки машинного обучения SCIKIT_LEARN, а также с применением более современного и производительного алгоритма XGBoost, Продемонстрирован потенциал новейших методов машинного обучения для повышения значимости открытий распадов Хиггса.

Сотрудничество:

• Брукхейвенская национальная лаборатория (США): совместные исследования и научные публикации.

• Организация по изучению высокоэнергетических ускорителей «KEK» (Япония): совместные исследования, научные мероприятия, научные публикации.

• Объединенный институт ядерных исследований (Россия): совместные исследования, научные мероприятия, совместные программы обучения, академические обмены, научные публикации.