Vi rtual C ol l i ders for C i ti zen Sci enti sts p p LHC - PowerPoint PPT Presentation

Vi rtual C ol l i ders for C i ti zen Sci enti sts p p LHC Physics Center at CERN ������������������������������������������ ��������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� �������������� �������������������������� ������������� P e t e r S k a n d s C E R N T h e o r e t i c a l P h y s i c s U n i t

CERN: European Organization for Nuclear Research Every day, around 10 000 scientists from all over the world. Flags of CERN’s Member States 20 European Member States and around 60 other countries collaborate in our scientific projects. 2 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

the Tools of the trade 1. Accelerators : powerful machines to accelerate particles up to extremely high energies and bringing them into collision with other particles. 2. Detectors : gigantic instruments recording the particles spraying out from the collisions. 100 m 27 3. Computers : collecting, km stocking, distributing and analyzing the enormous amounts of data produced by the detectors. 3 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

Nutshell Theory Experiment Adjust this to agree with this → Science 4 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

In Practice PYTHIA … VINCIA Real Universe “Virtual Colliders” → Experiments & Data = Simulation Codes Relativity, Quantum Theory, Particle Accelerators, Physics Models, Algorithms, … Detectors, and Measurements → Simulated Particle Collisions → Published Measurements “Events” “Histograms” P e t e r S k a n d s : C E R N P i l o t P r o j e c t 5

CERN - The Large Hadron Collider (LHC) LHC Collision at 7 TeV ATLAS, March 2010

T h e o r y ↔ D a t a Global Comparisons Task: determine “best” parameters for theory models Quite technical Quite tedious → Compare against thousands of LEP Tevatron → measurements, taken under Ask someone else different conditions, by different SLC ISR LHC everyone experiments, at different colliders + do this for many simulators & HERA SPS versions, with different setups RHIC J. Blomer, LHC@home 2.0 P. Buncic, I. Charalimpidis, TEST4THEORY F. Grey, A. Haratyunyan, A. Karneyeu, D. Lombrana-Gonzalez, M. Marquina, B.Segal, P. Skands, 7 0 0 0 V o l u n t e e r s - 2 0 0 0 0 H o s t s O v e r 7 0 0 b i l l i o n s i m u l a t e d c o l l i s i o n e v e n t s

LHC@Home 2.0 - Test4Theory Idea: ship volunteers a virtual atom smasher (to help do high-energy theory simulations) Runs when computer is idle. Sleeps when user is working. (tedious, technical) Problem: Lots of different machines, architectures Use Virtualization (CernVM) → provides standardized computing environment on any machine (in our case: Scientific Linux) → replica of our normal working environment. Factorization of IT and Science Infrastructure; Sending Jobs and Retrieving output Based on BOINC platform for volunteer clouds (but can also use other distributed computing resources, like GRID or traditional farms) New aspect: virtualization, never previously done for a volunteer cloud http://lhcathome2.cern.ch/test4theory/ P. Skands Virtual Colliders 8

Test4Theory The ¡LHC@home ¡2.0 ¡project ¡Test4Theory ¡allows ¡users ¡to ¡par:cipate ¡in ¡running ¡ simula:ons ¡of ¡high-­‑energy ¡par:cle ¡physics ¡using ¡their ¡home ¡computers. The ¡results ¡are ¡submiAed ¡to ¡a ¡database ¡which ¡is ¡used ¡as ¡a ¡common ¡resource ¡by ¡both ¡ experimental ¡and ¡theore:cal ¡scien:sts ¡working ¡on ¡the ¡Large ¡Hadron ¡Collider ¡at ¡CERN. New 4 th Users/ July Day May June July Aug Sep Monday Feb 18 2013 9:28 PM 9 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

Results → mcplots.cern.ch ( To t a l n u m b e r o f p l o t s ~ 5 0 0 , 0 0 0 ) M C P L O T S → Constraints on model parameters 10 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

VINCIA The “Jeppsson” Project April 2010

The Jeppsson Project Example: the effect of changing April 2009: FB message from Vincia:alphaSvalue 10 friend of friend: can a 15-yr 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Simultation 1 old be a one-week intern 1.4 (too high) Theory/Data at CERN? 1.2 1 = Experimental Measurement Result 1 (yellow = uncertainty) We were developing a run- 0.8 Simulation 2 time display for our (too low) 0.6 simulation anyway. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1-T (udsc) “Thrust”: Measures how “spherical” events are April 2010: simple text editor to edit input cards. Run- time display to compare ! * Strong-force Coupling Vincia:alphaSValue = 0.138 ! * Quark flavor parameters output histograms to data. StringFlav:probStoUD = 0.21 ! * Hadronic Energy Scale StringFlav:mesonUDvector = 0.35 Vincia:cutoffScale = 0.45 StringFlav:mesonSvector = 0.55 StringFlav:probQQtoQ = 0.08 ! * String parameters StringFlav:probSQtoQQ = 1.00 StringZ:aLund = 0.38 StringFlav:probQQ1toQQ0 = 0.03 StringZ:bLund = 0.62 StringFlav:decupletSup = 1.00 StringPT:sigma = 0.26 StringFlav:etaSup = 0.60 12 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

The Jeppsson Project April 2010 CERN April 2009: FB message from friend of friend: can a 15-yr old be a one-week intern at CERN? Mikkel Jeppsson We were developing a run- time display for our simulation anyway. April 2010: simple text editor to edit input cards. Run- time display to compare output histograms to data. May 2010: Parameters released as new defaults. Plots 13 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s

VINCIA Atom Smashers The Citizen Cyberlab EU ICT Project - CERN’s Contribution Starting May 2013 LHC Physics Center at CERN ������������������������������������������ ��������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� �������������� �������������������������� �������������

The Citizen Cyberlab ICT Project Standalone ¡3-­‑yr ¡Project ¡funded ¡by ¡EU ¡ (2012-­‑2015) CERN ¡Task: ¡create ¡ci7zen ¡science ¡pilot ¡project ¡in ¡par7cle ¡physics The ¡EU ¡funds ¡a ¡2-­‑year ¡“fellowship” ¡star7ng ¡in ¡May: ¡Ioannis ¡Charalimpidis We ¡will Develop ¡an ¡applica7on ¡that ¡lets ¡ci7zen ¡scien7sts ¡ learn ¡about, ¡interact ¡with, ¡and ¡ op<mize ¡high-­‑energy ¡physics ¡simula<ons , ¡by ¡ comparing ¡them ¡to ¡real ¡data → ¡feedback ¡to ¡scien7sts How? Combine ¡the ¡framework ¡and ¡lessons ¡from ¡Test4Theory ¡/ ¡LHC@home ¡2.0 ¡with ¡ those ¡from ¡the ¡Jeppsson ¡project ¡→ ¡ Atom ¡Smasher ¡Applica<on Provide ¡content, ¡explana7ons, ¡visualiza7ons ¡( mod ifiable ¡and ¡open) Organize ¡one ¡or ¡more ¡ ci<zen-­‑science ¡events ¡at ¡CERN ¡ (e.g., ¡for ¡the ¡CERN ¡open ¡day ¡in ¡ September), ¡ host ¡a ¡ summer ¡student ¡ (e.g., ¡a ¡4 th ¡year ¡IT ¡or ¡Physics ¡student) ¡next ¡year, ¡… ¡ P. Skands Atom Smashers 15

Structure Start simple: one physics 1. Immediately present user with parameter and interesting and interactive content. one measurement. Controls are used to set the Adjust simulation parameters Controls i Display i parameter to Rollover agree with i … … tooltips Level 1 measurement … + i … Click for … more Task: Use the controls (left) to make the simulation agree with the data (right) More detailed explanations can be clicked into → Explanation → Elaboration → Engagement 16 P. S k a n d s - C E R N - V i r t u a l C o l l i d e r s f o r C i t i z e n S c i e n t i s t s