Por qué el 99,9999% de las colisiones del LHC se pierden para siempre

La mayoría de las colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN se pierden para siempre, van directas a la basura. Tú ya lo sabes, son demasiadas y no se pueden almacenar todas en disco. Pero quizás convenga recordar que no se pierde el 75%, ni el 95%, ni el 99% de las colisiones. Durante 2011 se ha perdido más del 99,99% de las colisiones y con los incrementos de luminosidad instantánea del último mes se llegaron a perder hasta un 99,9999% de los datos. Una máquina de miles de millones de euros que estudia las colisiones protón contra protón más energéticas del planeta, pero en la que la mayor parte de dichas colisiones se pierden porque es imposible almacenarlas todas; tanto el ancho de banda de las redes de datos necesarias para transferir estos datos en disco como el espacio de disco necesario impiden almacenar todas las colisiones. En todos los experimentos del CERN se utilizan unos mecanismos automáticos de selección de las colisiones que serán almacenadas en disco (o cuáles serán descartadas y se perderán para siempre). Estos mecanismos se llaman “disparadores” (triggers) y sus parámetros han de ajustarse al tipo de colisiones que interese estudiar. Ahora mismo tanto ATLAS como CMS están centrados en la verificación del modelo estándar, la búsqueda del Higgs y ciertos tipos de búsqueda de la supersimetría (SUSY); en el LHCb están centrados en el estudio de la física de los mesones B (con quarks b o bottom), aunque se aceptan cierto número de colisiones con mesones encantados (con quarks c o charm). En los próximos años serán ajustados a otras búsquedas conforme vaya siendo necesario en función de lo que se vaya descubriendo. Nos lo ha recordado Matt Strassler en “Dumping Data Overboard: The Trigger at an LHC Experiment,” Of Particular Significance, Nov. 4, 2011, y en “The Trigger: Discarding All But the Gold,” Of Particular Significance, Nov. 4, 2011. En las Jornadas de CPAN en Barcelona estuve hablando con un joven doctorando, ya casi doctor pues había depositado la tesis, que trabajó en el ajuste de los triggers de LHCb y me comentó los porcentajes de ancho de banda que dedicaban a cada tipo de análisis (no recuerdo las cifras). La charla fue muy interesante. En su entrada, Matt Strassler describe de forma breve los sistemas de disparo de ATLAS y CMS, los dos grandes experimentos de propósito general del LHC.

El 99% de las colisiones protón-protón en el LHC no producen nada de interés, son “elásticas” (hay que recordar que un protón es una partícula compuesta de quarks que está “hueco” y puede atravesar otro protón casi sin notarlo). El 0,99% de las colisiones restantes son “inelásticas” pero producen unos cuantos hadrones y unos cuantos chorros de baja energía; todo bien conocido, sin ningún interés para un físico de hoy en día. Lo interesante se oculta en el 0,01% restante. Pero lo realmente interesante, la frontera de nuestro conocimiento, son procesos muy raros, extremadamente raros. Por ejemplo, las colisiones que producen un bosón de Higgs son rarísimas, menos de una en cada 100 mil millones, y quizás incluso más raras aún, menos de una en cada billón de colisiones (todavía no se ha descubierto al Higgs así que no lo sabemos con seguridad).

Las colisiones interesantes son muy raras y para poder observarlas hay que lograr producir muchísimas colisiones. Aquí no hay alternativa posible, si algo es tan raro que aparece una vez cada 10 billones de colisiones (10 veces menos que para el Higgs en el mejor caso), la única posibilidad de observarlo es produciendo unos 1000 billones de colisiones al año; he puesto unas 100 veces más para que haya una garantía razonable de que se observen unas decenas de eventos de lo que queremos observar. Basta una simple división para saber que en este caso necesitamos unos 100 millones de colisiones por segundo. Si los físicos quisieran almacenar los datos de todas y cada una de estas colisiones se necesitaría una memoria en disco mayor que toda la disponible en el mundo entero. ¡Y no hablemos del presupuesto que tendría que tener el LHC!

La única opción práctica es distinguir y separar, en tiempo real, qué colisiones parecen interesantes y deben ser almacenadas en disco para su análisis posterior y cuales no lo son y deben ser descartadas de forma automática. Estas se perderán para siempre. Actualmente, tanto en ATLAS como en CMS se almacenan para su análisis posterior unas 500 colisiones por segundo. ¿Cómo saber qué colisiones almacenar y cuáles descartar? Hay que buscar ciertas “rarezas” en las colisiones que nos indiquen que merece la pena almacenarlas. Este proceso lo realizan los disparadores (triggers) que se ajustan en función de lo que se quiere buscar, es decir, en función de las “rarezas” que caracterizan y distinguen las colisiones que podrían contener lo que estamos buscando, solo esas colisiones serán almacenadas en disco.

Los triggers combinan cierto hardware fijo con cierto software programable que permite ajustar su funcionamiento a las búsquedas que interesen. Pero hay que recordar que los triggers funcionan de forma automática y que si no están programados a la perfección pueden, accidentalmente, descartar alguna colisión muy interesante. La programación de los triggers requiere un compromiso entre los falsos positivos seleccionados y los falsos negativos descartados para siempre. La programación de los triggers depende de los modelos de los físicos teóricos. Las colisiones simuladas por ordenador a partir de cierto modelo teórico permite determinar las “rarezas” que caracterizarán las colisiones de interés y permitirán ajustar los triggers para buscarlas. Si los modelos teóricos utilizados no son apropiados, el funcionamiento de los triggers será decepcionante.

¿Qué características de las colisiones se están buscando actualmente? En líneas generales se buscan colisiones con electrones (o positrones, su antipartícula), muones (o antimuones) y fotones de baja, media y alta energía; también se buscan colisiones con leptones tau (o antileptones), con chorros con quarks bottom (b) y con múltiples chorros de media y alta energía; y finalmente se buscan chorros de muy alta energía. También se buscan colisiones en las que parezca que falta energía (señal de la existencia de neutrinos y/o partículas supersimétricas). Una colisión protón-protón típica (que sea inelástica) produce dos o tres chorros de baja energía, o una pléyade de hadrones de baja energía; estas colisiones no interesan porque la física que las explica es bien conocida y ha sido estudiada con detalle en el pasado.

El sistema de triggers de los grandes experimentos del LHC, tanto de ATLAS como de CMS y LHCb, es una pieza clave en el “engranaje” de esta máquina colosal. ¿Cuántas colisiones se almacenan en disco? Se estima que unos miles de millones de colisiones al año con unos 10 megabytes de datos por colisión, que en número de DVD de datos totalizan unos 100 000 DVD ¡al año! Todas estas colisiones son analizadas a posteriori mediante una red de computación distribuida (grid computing). La red Worldwide LHC Computing Grid integra miles de ordenadores distribuidos por todo el emundo que almacenan y analizan de forma automática los datos de todas las colisiones seleccionadas por los triggers. La infraestructura Grid desarrollada para esta tarea se extenderá más allá e las fronteras de la física de partículas y será también utilizada en aplicaciones biomédicas y geológicas, por ejemplo. La web nació en el CERN y la grid, en gran parte, también.

12 Comentarios

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Leo

Cuando dices “cintas” me recuerdas a Andrew Tanenbaum con su frase: “Never underestimate the bandwidth of a truck full of tapes hurling down the highway”. Salu2

Francisco del AguilaFrancisco del Aguila

Impresionantes datos … esto es cuestión de perseverancia y oportunidad.
De todas formas, seguro que el año 2.012 va a ser especialmente interesante en física de partículas :-)
Un saludo.

planck

La verdad es que vivimos en una época de gran incertidumbre tanto en la física fundamental como a nivel socioeconómico: por un lado el Higgs del SM no aparece y la física continua sin resolver todos los problemas que arrastra durante años: materia oscura, energía oscura, energía del vacío, gravedad cuántica etc etc, por otro, España está a punto de entrar en bancarrota y los conflictos sociales se incrementarán en un futuro inmediato. Nadie sabe lo que va a pasar. Respecto al LHC y el Higgs creo que la situación se puede resumir así: Si el Higgs del SM no existe (cosa que parece la más probable) la situación se vuelve más emocionante pero más “peligrosa”, la existencia de nueva física está garantizada pero ésta debe estar al alcance de las energías exploradas por el LHC, si no es así, la física de partículas podría estar acabada ya que no se podrían justificar nuevas inversiones en grandes aceleradores.
Ahora los físicos deben realizar nuevas estrategias de búsqueda para encontrar la física más alla del SM, desconozco hasta que punto puede ser un problema que hasta ahora el “trigger” solo haya estado enfocado a buscar el Higgs del SM y la supersimetría, pero probablemente esta nueva búsqueda será lenta y compleja añadiendo más incertidumbre aún. De todas formas, confiemos en la habilidad de los físicos y esperemos que pronto encuentren señales de esta nueva física. Además hay por ahí varios eventos interesantes con más de 2 sigma que podrían ir en la buena dirección…

JavierJavier

¿Por qué el 99,9999% de las colisiones del LHC se pierden para siempre?

Porque lo que buscamos ocurre solo el 0.0001% de veces.

Simple.

Cuando un sistema (Por ejemplo un ASIC con 3 millones de puertas) empieza ‘la vida’, trabajando a 300 Mhz, pero tiene un fallo cada dos dias,,,¿Que se hace?.

Se le crea, dentro de él mismo, un Hardware Espia que ‘escucha’ la ‘vida’ interna del ASIC.

Si ‘el fallo’ es por ejemplo que una operación matemática dentro del ASIC produce desbordamieto, el Hardware Espia es programado para detectar esa condicion e, inmediatamente, parar la captura de variables de ‘la vida ‘ del ASIC.

Enviar por su spropias lineas ‘espias’ un mensaje al host, y el host, leer del Espia lo que pasó, justo antes del ‘fallo’.

La naturaleza, los procesos, están llenos de estas situaciones.

El 99.9999999999% de la información, no es la información que buscamos.

Para eso están los espías (Hardware y Software) registrando, y con reconocedores de patrones entrantes (Son los ‘triggers’) de disparo.

En Medicina se usan mucho, arritmias del corazón por ejemplo.

Este campo no es distinto.
…………………………………………………………………………..

Por otro lado, es cierto que vivimos tiempos especiales.

La mas que probable quiebra de España, el control de la UE y USA por china (Via compra de Deuda que se emite por dirigentes que solo están echando sogas al cuello de nuestros hijos), el analfabetismo creciente de la Población Española, Europea y Americana (Con elites que SI saben , pero porcentajes inmensos de gente que ya no sabe hacer ni una raíz cuadrada), con dirigentes cada vez mas esperpenticos, analfabetos, mafiosos, corruptos y, lo siento, pero criminales, ahí está el ‘accidente’ de Polonia que liquido a todo el gobierno ‘rebelde’ al euro, o nuestro propio 11-M, donde el mismo dia de la tragedia, se dio orden de destruir los trenes, y judicialmente, ‘nadie sabe quien dio esa orden’.

Desde que era un niño en la España de 1960, en la extremadura donde nací, sentí la magia de la naturaleza, los imanes, las nubes, las estrellas, y decidí que llegar a sus secretos era de las mas nobles e importantes tareas de la raza humana.

Pero esa misma capacidad analítica me dice cosas inmensas, increíbles, y muy preocupantes, cuando la aplico a la sociedad e historia que nos rodea.

1).- El primer negocio mundial, es la droga, el segundo, la prostitución, el tercero, trafico de armas.
2).- Los sistemas financieros mundiales, no me creo que puedan ser ajenos a los 3 primeros negocios del planeta.
3).- Los ‘partidos políticos’ de los ‘sistemas democráticos’, son peleles de los sistema financieros.

……………….
Hace unos años supimos de ‘la gripe A’.

Desde 1997 soy titular de patentes internacionales, se donde estan las oficinas validas y cual es la ley internacional que lo rige (Convenio de Berna).

Tuve que ver con mis propios ojos, en los mismos servidores de oficinas de patentes donde llevaba yo casi 10 años, la fecha en que la multinacional farmacéutica consiguió la patente ‘para vacunas contra la gripe A’.

Y tuve que ver, con mis propios ojos, de la misma OMS, la fecha oficial del primer ‘caso’ (Uns niños en Nuevo Mexico, creo recordar).

15 días después de la anterior fecha.

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Por cierto, también hube de ver con mis propios ojos a la misma multinacional, a los mismos investigadores, como titulares y autores de patentes anteriores,,,,

‘para producir virus H1N1′.
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No me fie de ninguna web conspiranoica.

Hube de verlo con mis propios ojos, en los mismos servidores oficiales en que estaba yo.
………………………………………….

Por eso del mundillo de las universidades, los ‘papers’, los ‘peer-review’ y los premios nobel , conozco su lado blanco, y su lado negro.

Y esto deberíamos hablarlo los que, creo, somos científicos.

Saludos.

Leo

Javier, debe ser un error, la nota dice LHC, no LSD. Es realmente fantástico como llegas a vincular el experimento Atlas con el narcotráfico, la prostitución, las armas, la gripe A, etc. Te olvidaste mencionar que hoy hay una huelga en Inglaterra.

JavierJavier

No te lo tomes a Broma Leo.

Es simple aplicación de nuestra capacidad analítica, y datos que, solo gracias a mi conocimiento de ese campo (Patentes) desde dentro, pude verificar (Contra toda sospecha mía previa) cuando ocurrió lo de la gripe A.

No tiene nada que ver el experimento con esto otro, en realidad, ha sido una continuación de una linea abierta en el comentario anterior al mio:

“La verdad es que vivimos en una época de gran incertidumbre tanto en la física fundamental como a nivel socio-económico………..Por otro, España está a punto de entrar en bancarrota y los conflictos sociales se incrementarán en un futuro inmediato. Nadie sabe lo que va a pasar”.

He tenido fuertes enfrentamientos con este contertulio, pero esa linea que él ha iniciado, he creído interesante detallarla con datos de nuestro mundo, la Ciencia.

Desde 2 puntos:

1).- Nuestra capacidad analítica (Clave de toda creación científica, y de ahí esos puntos tan raros que ves, dime que falla en esa lógica).

2).- Un caso real (Gripe A, virus H1N1), que si no lo hubiera visto con mis propios ojos, nunca me lo hubiera creído.

Porque el ‘mundillo’ universidad, ‘peer-review’, premios nobel (Analiza la historia del premio Nobel de la Paz, Rigoberta Menchu, verás lo que te encontrarás) etc. , tiene su lado blanco, y su lado negro, muy negro.

Y ese lado negro, tiene mucho que ver con lo que ocurre en las sociedades, no solo en el campo de la medicina , sino, mira, por ejemplo, en el lado económico .

¿Tantos premios Nobel de Economía, y ninguno supo prever esto?.

Me preguntaba un amigo director de un instituto de Madrid en 2008.

Creo que nosotros, los que hemos pasado casi la mitad de nuestra vida entre laboratorio y ecuaciones, tenemos el derecho, y el deber, de hablar de ese lado oscuro de la ciencia.

Simplemente.

Saludos Leo.

JavierJavier

Mira este ejemplo de medicina:

http://es.globedia.com/farmaco-cura-rentable

“El premio Nobel de Medicina de 1993 Richard Roberts, en una entrevista publicada en el diario La Vanguardia, denuncia que las farmacéuticas se dedican a desarrollar medicinas que no curan del todo, sino que cronifican la enfermedad.”

Yo no he sabido ni que existía este hombre, hasta hace un mes.

Mira, la epilepsia, hace años leí a Cabrera (José Cabrera Forneiro) sobre su maestro, el neurólogo Rodríguez Delgado.

Rodriguez Delgado había desarrollado micro-sistemas electrónicos capaces de inhibir las crisis epilépticas.

La tecnología de 1980 ya lo conseguía con dispositivos de un tamaño del orden de 2 centimetros.

La de 2011 , y este s mi campo de lleno, se perfectamente lo que digo, reduce el tamaño 10 veces y multiplica las ‘features’, 1000 veces (Tenemos micros de 16 bits a 1.2 Volts, y area de 2 milimetros cuadrados, incorporando los front-end radio) .

‘Toneladas de medicamentos durante su vida’ decía Cabrera, se tienen que tomar hoy día los epilépticos, por no poder disponer de la otra solución.

La otras solución, sistema electrónico, no permite vender toneladas de medicamentos a cada persona.

¿Entiendes la necesidad de conocer realmente las dos caras de la Ciencia?.

Saludos.

(Noticia de ultima hora, Rusia manda portaaviones a siria).

JavierJavier

No quiero resultar pesado , pero del articulo anterior, entrevista a un premio nobel de medicina, creo que merece la pena extractar alagunos parrafos (Que son casi copia de los que a veces acá he presentado, y bueno, nohan sido muy bien recibidos…):

………………………….
“He comprobado como en algunos casos los investigadores dependientes de fondos privados hubieran descubierto medicinas muy eficaces que hubieran acabado por completo con una enfermedad…

- ¿Y por qué dejan de investigar?

- Porque las farmacéuticas a menudo no están tan interesadas en curarle a usted como en sacarle dinero, así que esa investigación, de repente, es desviada hacia el descubrimiento de medicinas que no curan del todo, sino que cronifican la enfermedad y le hacen experimentar una mejoría que desaparece cuando deja de tomar el medicamento.

- Es una grave acusación.

- Pues es habitual que las farmacéuticas estén interesadas en líneas de investigación no para curar sino sólo para cronificar dolencias con medicamentos cronificadores mucho más rentables que los que curan del todo y de una vez para siempre. Y no tiene más que seguir el análisis financiero de la industria farmacológica y comprobará lo que digo.”
………………………….
“¿Un ejemplo de esos abusos?

- Se han dejado de investigar antibióticos porque son demasiado efectivos y curaban del todo. Como no se han desarrollado nuevos antibióticos, los microorganismos infecciosos se han vuelto resistentes y hoy la tuberculosis, que en mi niñez había sido derrotada, está resurgiendo y ha matado este año pasado a un millón de personas.”

“¿Los políticos no intervienen?

- No se haga ilusiones: en nuestro sistema, los políticos son meros empleados de los grandes capitales, que invierten lo necesario para que salgan elegidos sus chicos, y si no salen, compran a los que son elegidos.

- De todo habrá.

- Al capital sólo le interesa multiplicarse. Casi todos los políticos – y sé de lo que hablo- dependen descaradamente de esas multinacionales farmacéuticas que financian sus campañas. Lo demás son palabras…”
…………………………………

Peer-Review, La ‘grandeza ‘ de la ciencia, los premios Nobel, etc……………..

Durito, ¿eh?.

Saludos.

planck

Por si no hubiese suficiente incertidumbre ahora los rumores apuntan a que en la próxima presentación oficial sobre la búsqueda del Higgs del día 13 se anunciará que no se ha encontrado nada concluyente aún. Lo interesante es que se habría encontrado un exceso de 2-3 sigmas para un Higgs de 115 GeV, justo la zona más difícil de búsqueda. Esto cuadraría con el hecho de que aún no se ha anunciado nada oficialmente (nada obliga a tener que esperar a las reuniones oficiales para hacer importantes anuncios). Son solo rumores, si son ciertos se cerrará el año sin saber si existe o no el Higgs del SM. La partícula de Dios se está burlando de los pobres mortales… pero ya no tiene donde esconderse.

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