LHC@home

来自中国分布式计算总站
Tynox讨论 | 贡献2008年6月24日 (二) 12:48的版本
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LHC@home屏保

LHC@home



LHC@home 项目简称是 LHC,主要由欧洲核子研究中心发起。

为什么基本粒子会有各自不同的质量呢?反物质是怎么回事?大型强子对撞机 (LHC) 能帮忙解答许多人类无法解答的问题。

但是,大型强子对撞机的稳定运行需要大量的计算。LHC@home 的 SixTrack 程序能够模拟粒子在大型强子对撞机中运行从而研究其稳定性。它计算校检对撞机中运行的高能粒子束的长期稳定性所必需的数据,使项目负责人能够洞察对撞机将来的运行情况。

LHC@home 的 Sixtrack 程序一般每次模拟60个粒子绕加速器环运行100000(有时可能达到 1000000)圈的运行情况。这看似是一个很长的过程,但在真实世界中它们只需要不到10秒的时间。但这已足以检验到底粒子束是在长时间内保持稳定的运行,还是会失去控制并导致加速器由于损坏而停止。没有 LHC@home 分布式计算项目的运行,对撞机粒子束的不稳定性是一个很严重的问题,可能会严重减慢人类建立大型对撞机的进程。

LHC@home

2003年,CERN(欧洲粒子物理研究所) IT 部门的 Eric McIntosh 和 Andreas Wagner 展开对一款名为 Compact Physics Screen Saver (CPSS) 的屏保的测试。在屏幕保护的同时运行 SixTrack 。CPSS 被视为是一个分布式计算工作重要工具。今天,在 CERN 使用 CPSS 的计算机一远不只 200 台。不同的 PC 可以分析不同的 WU 。Eric McIntosh 利用严密的数学函数,解决了在不同计算机上所出现的问题。

2004年1月,Ben Segal 和 François Grey 被任命在 CERN 的五十周年庆典之际,把分布式计算以及 LHC 推向全世界。他们接触到SETI@home的主管 Dave Anderson。那时,Anderson 先生正在测试新的BOINC平台。与此同时,一些丹麦学生找到了 François Grey ,他们十分热衷于参加此计划,因为这对于他们的硕士论文十分有用。这就是 LHC@home 的开始。Christian Søttrup 和 Jakob Pedersen 用整个春天和夏天的时间,试图把 SixTrack 和 BOINC 平台衔接起来。他们简直是典型的工作狂。您能从他们的文章中,找到关于分布式计算像 LHC@home 的描述。
CERN工作人员,左起 Frank Schmidt(AB成员),Jukka Klem(赫尔辛基物理协会成员), Andreas Wagner,Eric McIntosh,and Ben Segal (CERN IT部门)
2004 年夏天以后,一位来自 Berkeley(伯克利大学)的学生 Karl Chen 前来帮助 Christian 和 Jacob 与 BOINC 方面的人员一起工作。他曾和Dave Anderson 共事。一位来自 Basel(瑞士巴塞尔大学)的学生 Jasenko Zivanov 对 CPSS 的屏保画面做了修改。两位从赫尔辛基物理协会的计划中毕业的学生轮流负责对 BOINC 服务器的设置和管理工作。随着 LHC@home 顺利通过第一和第二阶段的调试,程序终于在 9 月份和 BOINC 平台衔接成功。而这胜利的一天,正是 CERN 建立 50 周年的纪念日——九月二十九号。单在 10 月 16 号 CERN 开放日这一天,就有超过 30000 人次访问了 CERN 的站点。几个月以后,SixTrack 的用户超过了 6000 人。这被认为是服务器所能承受的最大吞吐量。

LHC@home 在数月的暂停之后,于 2005 年 2 月重新开始。对 LHC@home 用户的服务成为了 CERN IT 部门的主要工作。LHC@home 计划重新开始启动也是当年物理界的大事之一。Ignacio Reguero 正在管理此项目。他与 Phil Defert 和 Phil Defert 一起在 High Energy Physics community(高能物理研究协会)中寻找其他合作伙伴。目的是为了开发新的软件。Eric McIntosh 和 Frank Schmidt 继续为给用户提供数据和分析数据而努力工作。赫尔辛基物理协会在 CERN 科技计划的参与者 Jukka Klem 正在管理 24 小时工作的服务器,并负责发布项目新闻。



SixTrack程序简介

SixTrack (LHC@home 项目所使用的计算程序)

LHC(大型强子对撞机)实验所需要的科学计算大多都需要对海量的数据进行检索——LHC 每年都会产生 15PB(即 15360GB)的数据。这种规模的数据需求意味着绝大多数的数据分析程序不能在个人电脑上运行。这就是为什么 CERN(欧洲粒子研究所)正在带头开发将世界各地的主要计算中心连接起来的计算网格

然而,公开的计算也有可能会对 LHC 项目产生特殊的意义。CERN 的网络技术部对评估像 SETI@home 这种分布式计算技术是否在将来有用处很感兴趣。一个叫 SixTrack 的,旨在模拟粒子在 LHC 中运行以研究 LHC 的稳定性的程序,可以在个人电脑上运行,而且只需要相对较少的输入输出量。

SixTrack 是由 CERN 加速器与粒子束部门的 Frank Schmidt 开发的。它基于一个早期在 DESY(德国电子同步加速器,位于汉堡)开发的程序。它计算校检 LHC 中运行的高能粒子束的长期稳定性所必需的数据。LHC 的总负责人 Lyn Evans 说:“Sixtrack 返回的数据真的很紧要,它让我们能够洞察将来LHC的运行情况。”

Sixtrack 一般每次模拟 60 个粒子绕加速器环运行 100000(有时可能达到 1000000)圈的运行情况。这好像是很多次运行,但在真实世界中它们只需要不到10秒的时间。但这还是足以检验到底粒子束是在长时间内保持稳定的运行,还是会有失去控制撞击真空管壁的危险。这样的粒子束的不稳定性是一个很严重的问题,可能会导致加速器由于损坏而停止。

重复上千次这样的计算,我们就可以知道加速器中的粒子束的稳定运行路径等等情况。
SixTrack2.gifSixTrack.gif
粒子在稳定轨道(图左)和不稳定的混乱轨道(图右)中的相空间图像。这个相空间图画出了每个粒子返回情况所代表的点。对于稳定的粒子,它的相空间是整个相空间的有限的一部分。而对于不稳定的粒子,它的相空间倾向于填满整个可能的相空间。在某些点,不稳定的粒子甚至会完全地离开轨道,导致粒子束被破坏。


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