Wspólna interdyscyplinarna publikacja naukowców z Wydziałów Fizyki oraz EiTI na temat efektywnego modelowania i wizualizacji pola magnetycznego w eksperymencie ALICE za pomocą GPU
(Rys. górny) Wizualizacja śladów w zderzeniu Pb-Pb w eksperymencie ALICE za pomocą programu Event Display (źródło: CERN).
(Rys. dolny) Model pola magnetycznego symulowany za pomocą GPU.
W pracy pt. “Distributed simulation and visualization of the ALICE detector magnetic field” opublikowanej w Computer Physics Communications (IF=4.390, 140 pkt MEiN) zespół w składzie mgr inż. Piotr Nowakowski (Wydział EiTI), prof. dr hab. inż. Przemysław Rokita (Wydział EiTI) oraz dr inż. Łukasz Graczykowski (Wydział Fizyki) pokazuje jak wykorzystać karty graficzne do efektywnego modelowania pola magnetycznego w eksperymencie ALICE.
Eksperyment ALICE na Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN składa się z dwóch dużych magnesów (solenoidalnego oraz dipolowego), których zadaniem jest zakrzywianie toru ruchu cząstek, dzięki czemu możliwy jest pomiar ich pędu i ładunku. Aby precyzyjnie określić parametry cząstek, pole magnetyczne musi być zmierzone z wysoką precyzją. W 2005 roku zmierzono charakterystyki pól generowanych przez oba magnesy i zbudowano model pola oparty o wielomiany Czebyszwa, który efektywnie działa na architekturze CPU bez wspomagania GPU. Takie rozwiązanie jest możliwe do uruchomienia na dowolnej maszynie. Dane eksperymentalne udostępniane do analizy fizykom są zrekonstruowane w taki sposób.
Oprogramowanie do wizualizacji danych w 3D (Event Display), które służy do wyświetlania zbieranych danych na żywo w sterowni eksperymentu (w ALICE Control Room), nie używa modelu wielomianów Czebyszewa do propagacji cząstek (co powodowałoby wolniejsze działanie oprogramowania). Wykorzytywany jest uproszczony model jednorodnego pola magnetycznego generowany przez solenoid (magnes dipolowy nie jest w ogóle użyty), co przekłada się na niedokładne odzworowanie trajektorii wyświetlanych cząstek.
W pracy zaproponowano użycie bardziej zaawansowanych możliwości kart graficznych, co pozwala na wykorzystanie dokładniejszego modelu pola opartego o wielomiany Czebyszewa do wizualizacji śladów cząstek. Przyszła implementacja zaproponowanych metod opartych o karty GPU w oprogramowaniu eksperymentu ALICE pozwoli na znacznie bardziej dokładne wyświetlanie śladów w ALICE Event Display. Ponadto, zaproponowane metody mogą wdrożone również w innych eksperymentach, gdzie pole magnetyczne jest opisane modelem wielomianów Czebyszewa (np. eksperyment LHCb).
Link bezpośredni do publikacji (Open Access):
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465521003180
Z uwagi na fakt, że praca nie dotyczy analizy danych fizycznych zbieranych przez ALICE ze zderzeń cząstek dostarczanych przez LHC, publikacja nie jest podpisana przez wszystkich członków kolaboracji i współautorami są jedynie członkowie zespołu, który wykonał badania.
