Jednym z ważnych elementów centrum sterowania ALICE jest tak zwany wyświetlacz zdarzeń (Event Display), który działa bezustannie w sterowni eksperymentu i jest ogniwem systemu zapewniania jakości. Oprogramowanie dostarcza personelowi monitorującemu natychmiastowych wskazówek dotyczących możliwych problemów zarówno ze sprzętem, jak i oprogramowaniem.

— Program ten, aby wyświetlać „na żywo” trajektorie dopiero zarejestrowanych zderzeń, musi przeprowadzić w zasadzie natychmiastowo uproszczoną procedurę rekonstrukcji śladów cząstek z sygnałów pochodzących z poszczególnych detektorów ALICE. W dużym skrócie, procedura taka polega na przypisaniu śladów do przestrzennego rozkładu chmury punktów. Jednym z parametrów niezbędnych do przeprowadzenia  rekonstrukcji jest wartość pola magnetycznego w detektorze. Do tej pory wykorzystywano uproszczony jednolity model pola magnetycznego, który nie brał pod uwagę niejednorodności rozkładu przestrzennego rzeczywistego pola, zaś cała procedura rekonstrukcji odbywała się na CPU. Praca specjalistów, opisana w opublikowanym artykule, dotyczyła korekty owych algorytmów rekonstrukcji poprzez wykorzystanie dokładnego modelu rozkładu pola, który jest znany z pomiarów przeprowadzonych w różnych punktach ALICE. Dzięki temu wizualizacje zderzeń wyświetlane w sterowni eksperymentu ALICE są dokładniejsze — wyjaśnia dr hab. inż. Łukasz Graczykowski.

Zespół z Wydziału Fizyki PW na tle wyświetlacza zdarzeń (Event Display)

Wyzwanie stanowiło zapewnienie wysokiej wydajności i szybkości procesu rekonstrukcji. — Rozwiązaniem okazało się niestandardowe wykorzystanie właściwości i komponentów procesorów graficznych, zwanych shaderami. Shadery to małe programy wykonywane bezpośrednio na GPU (w sposób zrównoleglony), które zwykle służą do przeprowadzania skomplikowanych obliczeń wykorzystywanych przy modelowaniu oświetlenia — np. cieniowania, stąd nazwa „shader” — trójwymiarowych obiektów. Przykładowo, dzięki nim możliwe jest realistyczne przedstawienie oświetlenia w grach komputerowych — dodaje nasz badacz.

W przypadku procesu rekonstrukcji trajektorii cząstek w ALICE nasi naukowcy zauważyli, że zarówno sam dokładny model pola magnetycznego, jak i algorytm rekonstrukcji trajektorii mogą być zapisane w języku shaderów, co pozwoliło na efektywne skorzystanie z GPU do przeprowadzenia dokładnej rekonstrukcji trajektorii zarejestrowanych cząstek bez strat w wydajności. 

Porównanie wizualizacji przy zastosowaniu uproszczonego (czerwony) i dokładnego (niebieski) modelu pola magnetycznego. 

Kolejny krok w ulepszeniu wizualizacji danych ALICE był możliwy dzięki ścisłej współpracy fizyka i informatyków. Rolą Łukasza Graczykowskiego było dostarczenie danych, wyjaśnienie ich znaczenia i oznaczenie obszarów wymagających poprawy — duet z EiTI, Piotr Nowakowski i Przemysław Rokita stworzył zaś finalną algorytm. Cały zespół przeprowadził wspólnie finalną walidację nowego rozwiązania. 

Starania badaczy z PW o dokładniejsze wizualizacje śladów cząstek w przestrzeni trójwymiarowej mogą przynieść korzyści innym badaczom, ale również młodym adeptom fizyki — omawiane oprogramowanie jest wykorzystywane choćby w warsztatach ALICE Masterclass dla uczniów, organizowanych m.in. na Wydziale Fizyki PW. 

Przeczytaj artykuł GPU propagation and visualisation of particle collisions with accurate model of ALICE detector magnetic field (P. Nowakowski, P. Rokita [Wydział Elektroniki i Nauk Informacyjnych], Ł. Graczykowski [Wydział Fizyki])