Hatice DURAN YILDIZ

PARÇACIK FĠZĠĞĠNDE VERĠ
ANALĠZĠ VE SĠMULASYON
TEKNĠKLERĠ
Doç.Dr. Hatice DURAN YILDIZ
Dumlupınar Üniversitesi
[email protected]
http://www.dpu.edu.tr/universite/danismanlar.php
UPHDYO VII
21-26 Ağustos 2011
Bodrum-Türkiye
ĠÇERĠK













Simulasyon = Modelleme Nedir ?
Modelleme Yaparken Kullanılan Gereçler Nelerdir ?
Modelleme Nasıl Yapılır ?
Veri Analizine Hazırlık
Veri Analizi Nedir ?
Veri Analizi Yaparken Kullanılan Gereçler Nelerdir ?
Veri Analizi Nasıl Yapılır ?
Modelleme ve Veri Analizi Bize Ne Sağlar ?
GRID Nedir?
GRID Nerelerde Kullanılır?
GRID‟e iş bırakma aşamaları
Basit GRID işi
Sonuçlar
Simülasyon = Modelleme:
Teoriksel ya da gerçek bir sisteme ait oluşum, neden ve sonuç
ilişkilerinin bir bilgisayar ortamına programlama yaparak aktarılmasıyla,
değişik koşullar altında gerçek sisteme ait davranışların bilgisayar
üzerinde izlenmesini sağlayan bir yöntemdir. Geliştirilen veya yeniden
düzenlenen sistemlerde daha çok kullanılır.Yeni sürecin değişikliklere
gösterdiği reaksiyonlar bu yöntemle tahmin edilebilir.
✔ ÇeĢitli
kararların sonuçlarını ve gidiĢatlarını tahmin
etmekte
✔ Gözlemlenen sonuçların sebeplerini öngörmede
✔ Gerçek probleme çalıĢmaya baĢlamadan önce problemin
alanlarını belirlemede
✔ DeğiĢikliklerin etkilerini ortaya çıkarmada
✔ Bütün sistem değiĢkenlerinin bulunmasını sağlamada
✔ Fikirleri değerlendirmede ve verimsizlikleri belirlemede
✔ Yeni fikir geliĢtirmeyi ve yeni düĢünceyi teĢvik etmede
✔ Planlarınızın bütünlüğünü ve olabilirliğini test etmede
✔ En
ucuza gerçek sistem hakkında bilgi sahibi olmamıza
yardımcı olur.
Yüksek Enerji Fiziğinde Modelleme
Yüksek Enerji Fiziğinde modelleme yapabilmek için,
modellenecek sistemin iyi analiz edilmesi gerekir.
Öncelikle, örneğin
•LHC Hızlandırıcısının özelliklerinin iyi bilinmesi
gerekir, ayrıca
•ATLAS Dedektörü (Bu deneyde çalıĢanlar için)
•Hızlı Dedektör Modelleme Programı-ATLFAST
•Tam Dedektör Modelleme Programı-ATHENA
•PYTHIA – olay üreteç programı ile Programın Yazımı
ve Olayların Analizi
•Liste Çıktılarının Analizi
•ROOT-Histogramlama Programı
•ROOT ile Sonuçların Elde Edilmesi ve yorumlanması
YEF’te birçok baĢka modelleme programlarıda vardır:
CompHEP, CalcHEP, CMSJet, ORCA, …
I
NTUPLE OLAY ANALĠZĠ (1)








Bir olay N değişkenle tanımlanır
Bazı seçim kriterlerine göre analiz yapılır ve
dağılımların grafikleri oluşturulur,
Ntuple, tablo benzeri bir yapıda verileri bulundurur (her
bir sütun bir değişkene ve her bir satır da bir olaya karşı
gelir)
Ntuple oluşturulduğunda olay değişkenlerine göre
projeksiyon yapılabilir
Ntuple için farklı olay seçimi mekanizması
hazırlanabilir
İki çeşit ntuple var,
RWN-x1y1z1t1, x2y2z2t2, x3y3z3t3,...yapıda
CWN-x1x2x3...y1y2y3...z1z2z3...yapıda
NTUPLE OLAY ANALĠZĠ (2)








Gözlenen olaylar (Sinyal+Fon) ve beklenen (fon) olaylar
var, ancak tesir kesitleri çok farklı ise: σgöz=36 pb ve
σfon=35 pb !
Sinyali elde etmek için optimal seçenekleri araştırmak
istiyoruz, bunun için:
a)Gözlenen olayların (S+B) ve fon olaylarının seçilerek
PAW/ROOT ile okunması
b)1D ve 2D histogramların çizilerek farklılıkların
görülmesi
c)Optimal kinematik sınırlamaların belirlenmesi
d)Histogramların yeniden çizilmesi
e)Olay sayımı
f)İstatistik gözlenebilirlik hesabı
II
LHC’de Fizik
Hadronlaşma
b
c
s-
d
1
W+
uW-
0
t1-~
t-~
~
g~ u
u
P
1
t
Ağır Kuarklar
Parton shower
0
u
Sıkı alt-prosesler
g
P
Örnekler

CMSJet ile Higgs Bozonunun WBF‟den
üretilmesi
Düşünülen süreç için:
qqqqH, HWWljj
qqqqH, HZZlljj
qqqqH, HZZll
 ATLFAST
mH 200 GeV
ve ATHENA ile Dördüncü SM Ailesi
Fermiyonlarının üretiminin Simulasyonu
ppu4jX
ppd4jX
m4  320, 640 GeV
WBF’in Karakteristik
Özellikleri
Ġleri Jetler
Merkezde Üretilen Leptonlar
ileri quarklar arasındaki renk uyumu
qqqqH, HWWljj
q
W
W
l

H
W
W
q
q
q
Olayların Modellenmesi
# Olaylar PYTHIA ile üretilmiĢtir.
# Kalorimetrenin modellenmesi, jet ve Etkayıp’ın yeniden
oluĢturulması CMSJET ile yapılmaktadır.
# Yeniden oluĢturulan jet için koni çapı=0.5 600GeV için
=0.7 300GeV için
# Üst üste binme durumu:
DüĢük Luminositi’de üst üste binen 2 minimum
olay gözönüne alınmıĢtır.
# Leptonları yeniden oluĢturmak ve ilk tetikleme için
verimin %90 olduğu kabul edilmiĢtir.
AĢağıdaki son durumlara baktık
Bir tane izole edilmiĢ lepton
W & Z ’den gelen iki tane merkezi jet
Bir ileri jet + bir geri jet
BaĢlıca Fonlar
tt olayları
W + jets olayları
Z + jets olayları
Sonuçlar;
Sadece düĢük luminositi’de;
•DüĢük (300GeV) ve yüksek (600GeV) kütleli HIGGS için
detaylı;
•mH = 200 & 800 GeV kütleli Higgs için detaysız
çalıĢılmıĢtır.
Higgs olaylarını Nasıl izole ederiz?
Kütle Tepesi
H WW, ZZ olacak şekilde iki vektör bozon bulmalıyız
•Wl  ve Z   
•Z ll
•Z jj ve W jj
Yeniden oluşturulan Higgs  WW veya ZZ sistem
Özel Kinematikler
Pt(WW,ZZ)
Pt(W,Z)
Pt(l)
Açısal Kriterler
Higgs Üretim Modu
•Zayıf Bozon Füzyonu: Yüksek Enerjili Etiket jetleri
Kabul oran oranı(A) / verimlilik( (ε)
•Genelde analizde kullanılan olay sayısının üretilen olay sayısına
oranı olarak alınabilir.
•İçeriğinde, trigger verimliliği, belirleme verimliliği, kinematik kabul
verimliliği, sınırlama verimliliği bulunur.
Merkezi Jetler
İleri Jetler
H WW  ljj
Toplam Fonlar
mH=300 GeV
ToplanmıĢ luminositi (30 fb-1) için (S/ B )
Kanallar
mH=300GeV mH=600GeV mH=800GeV mH=200GeV
HWWllvj
HZZlljj
HZZllvv
10.3
7.8
3.6
7.8
8.5
5.5
6.2
6.3
3.2
3.9
5 BuluĢu için fb-1olarak beklenen luminositi
değerleri
Kanallar
mH=300 GeV mH=600 GeV mH=800 GeV
HWWllvj
7.1
12.3
19.5
HZZlljj
12.3
10.4
18.9
HZZllvv
57.8
24.8
73.2
ATLAS Dedektörü
46 m. Uzunluğunda,7000 ton kütleli
ve 25 m. Yüksekliğinde ve dört ana
parçadan oluşmaktadır.
ATLAS deneyinde 34 ülkenin 150
üniversitesi ve araştırma kurumundan
2000 bilim adamı çalışmaktadır. Projenin
maliyeti işletme giderlerinin dışında 430
milyon dolar civarındadır.
İç Dedektör; yüklü parçacıkların
momentumu ölçülür.
Kalorimetre; parçacıklar tarafından
taşınan enerji miktarı ölçülür.
Muon Spektrometresi; Müon bu kısımda
tanımlanır ve momentumu ölçülür
Magnet Sistemi; momentum ölçümü
için yüklü parçacıkları yörüngede tutar.
DEDEKTÖR MODELLEMESİ-ATLFAST
Parçacık-düzeyinde analiz yapmak için
Fortran77 dilinde yazılmış paket programdır.
Amacı;
Üretilen olayları önemli detektör etkilerini
içerecek şekilde analiz etmektir. Bu etkiler;
*Kalorimetrede Jetlerin yeniden oluşturulması
*İzole edilmiş lepton ve fotonların seçilmesi
*b ve c-jetlerinin tanımlanması
*Kayıp dik enerjinin tanımı
ATHENA Tam Dedektör Modelleme Programı
ATHENA, LHC Deneyinden sonra çok fazla miktarda ortaya
çıkacak olan parçacıklar için; deney yapılmadan; sanki
üretilmiş ve dedektörden geçmiş gibi, parçacıkların dedekte
edilmesine ait tüm karmaşıklığı çözmemizi sağlayacak tam
dedektör modelleme programıdır.
ATHENA Linux işletim sistemi komutlarıyla çalışabilen bir
programdır (Python yazılım dilini kullanır).
Athena çalıştırılırken iki farklı yolla sonuçlara ulaşılabilir.
Bunlar “Kits” ve “Releases” dir.
Bunlardan “Releases” SSH yardımıyla CERN-LXPLUS
hesabına bağlanarak gerekli kütüphanelerin kullanılmasıyla
yapılabilir.
Kits seçilerek çalıştırma durumunda ULAKBİM aracılığı ile
CERN’e ait gerekli kütüphanelerin yüklenme şartları ve
ortamı oluşturulduğunda yapılabilir.
PYTHON Yazılım Dili:
Geliştirilmeye 1990 yılında Guido van Rossum tarafından
Amsterdam'da başlanmıştır.
 Djangno, Zope uygulama sunucuları, YouTube ve orjinal
BitTorrent istemcisi Python kullanan önemli projelerdir.
 Google ve NASA gibi büyük kurumlar da Python kullanmaktadır.
 Python ile sistem programlama, kullanıcı arabirimi
programlama, ağ programlama, uygulama ve veritabanı yazılımı
programlama gibi birçok alanda yazılım geliştirebilir.
En Yaygın Python kütüphaneleri:
 Python Imaging Library
 Pygame
 Tkinter
 ScientificPython
 Modüler yapıyı, sınıf sistemini ve her türlü veri alanı girişini
destekler.
 Her türlü platformda çalışabilir.
 Python 1.0 sürümüne Ocak 1994'te ulaşmıştır. Şu an ki en son
kararlı sürümü Python 2.5'tir, python 3.0 alpha sürümü
dağıtılmaya başlanmıştır.

ÇALIġMA ALANININ DÜZENLENMESĠ:
Gerekli klasörler oluĢturulur:
> cd $HOME
> mkdir cmthome
> mkdir testarea
> mkdir testarea/14.X.X (çalışılacak klasör)
> cd cmthome
> source ~/cmthome/setup.csh −tag=14.X.X
> source /path_to_kit/CMT/*/mgr/setup.csh
requirements dosyası içeriği oluşturulur:
#−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
set CMTSITE CERN
set SITEROOT /afs/cern.ch
macro ATLAS_DIST_AREA /afs/cern.ch/atlas/software/dist
macro ATLAS_TEST_AREA ${HOME}/testarea
apply_tag setup
apply_tag simpleTest
use AtlasLogin AtlasLogin−* $(ATLAS_DIST_AREA)
#−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
> cmt config
ATHENA’NIN ÇALIŞTIRILMASI
ÇALIŞMA ALANINA HER GİRİŞTE
YAPILMASI GEREKENLER:
> source ~/cmthome/setup.csh−tag=14.X.X (sürekli güncellemeler
yapılmaktadır.)
Programı çalıştırmak için;
> Testarea olarak oluşturduğumuz çalışma alanında 14.X.X versiyonlu
bölgeyi açarız: (testarea/14.X.X)
> PhysicsAnalysis/AnalysisCommon/UserAnalysis/run bölgesine geçeriz.
Bu bölge 14.X.X‟in altındadır.
> get_files PDGTABLE.MeV ile PDG kitapçığındaki bilgileri ortama
yükleriz.
> get_files jobOptions.pythia.py bu dosyada çalışacağımız kanalın
bozunum ve üretim kanallarının analizini yaparız.
> athena.py jobOptions.pythia.py > test_gen.out
> athena.py jobOptions.pythia.py | tee test_gen.out
komutlarıyla
programı
çalıştırıp
çıktıları alırız
PYTHIA OLAY ÜRETECĠ
PYTHIA programı
T.Sjöstrand tarafından
yazılmış uzun bir FORTRAN
yazılımıdır.
Bu program leptonlar,
hadronlar ve bunlar arasındaki
yüksek enerjili çarpışmalar
için Monte Carlo tekniklerini
kullanarak olay üreten bir
program olarak tanımlanır.
PYTHIA programı CERNLIB
program kütüphanesi ile birlikte
çalışmaktadır. CERNLIB
kütüphanesinde bulunan alt
programlardan bazıları:
Temel matematik fonksiyonlar,
denklemler ve özel fonksiyonlar,
sayısal integralleme, interpolasyon,
yaklaşımlar, matrisler, vektörler ve
lineer denklemler, istatistik analiz
ve olasılık veri giriş ve çıkışı,
verilerin grafiksel gösterimi, veri
eldesi, magnet ve demet dizaynı,
kuantum mekaniği, parçacık fiziği,
rasgele sayı üreticiler, yüksek enerji
fiziği simülasyonu, sistem ile ilgili
programlar…
Dördüncü Standard Model Fermiyon Ailesinin LHC’de Tekli
üretimleri üzerine yazdığımız programda ATHENA
FRAMEWORK kullanılarak yaptığımız üretim ve bozunum kanalı
araştırmaları:
ppq4jX burada q4 olarak u4 ve d4 kuarklarını çalıştık
ppu4jX
ppd4jX
Burada u4Wb, Ws, Wd olabilir jjbjX aslında b kuark ta j
olarak alınabilir. Wjj kanalını açarak çalıştık.(Wl leptonik
bozunum da seçilebilir )
ppd4jX durumunda, d4Wt, Wc, Wu olabilir. tWb ve yine
buradaki W’de hadronik veya leptonik olarak bozunabilir. Son
hadronik bozunma durumunda son durumda jjjjjbX, 6 tane j
ve bir tane X vardır.
Leptonik bozunma durumunda 2l+2+1b+1j , X’ten oluşmaktadır.
OLAYLARI SEÇİM KRİTERLERİ:
Dört tane izole edilmiş lepton
Leptonun etrafında R<0.3 olan koni içinde pt>2 GeV‟e
sahip yüklü bir iz olmamalı
Leptonik W‟nün yeniden oluşturulması:
 mW‟nün belirlenme şartlarından Pl bulunması gerekir.
 İki tane leptondan Z nominal kütlesinin en yakın
şekilde elde edilmesi gerekir.
 Diğer kalan iki lepton ve iki nötrinodan başlangıçtaki
u4‟lerin kütlelerinin eşitliğini, birinci W için dörtlü
vektörü, ikinci W için yine dörtlü vektörü ve son olarak
birinci ve ikinci nötrinonun dik momentumlarının
birbirine eşit olması gerekliliği durumlarını kullanarak
kayıp enerji bulunur.
W’nün leptonik bozunumu çalışıldığından Wl bozunumunda
lepton olarak elektron ve müon alınır. Tau leptonun yaşam
süresi çok kısa olduğundan gözönüne alınmamıştır.
Yazılan python script’i, athena.py dosyasının içeriğinde olaylar
random olarak üretildi.
Ppq4jX olayları tam kullanıcı kontrolünü kullanarak
(msel=0) üretildi. W değiş tokuşuyla tekli u4 ve d4
üretimleri programla açıldı (msub 83 komutu 1 seçilerek).
Sadece PYTHIA’da dördüncü ailenin üretimine izin veren
mstp 1 4 komutunu pypars’ta etkin hale getirildi.
Dördüncü aile kütlelerini u4 ve d4 320 pydat2 pmas 7 1 320,
pydat2 pmas 8 1 320
Programda
46 kanalının açılması t kuark için (tWb) bozunumunu
aktif hale getirir
71 kanalının açılması
61 kanalının açılması
u4 için (u4Wb)
d4 için (d4Wt)
206 kanalının açılması Wl (elektron’a bozunum)
207 kanalının açılması Wl (müon’a bozunum)
u4 ve d4 için kütle değerleri 320 GeV olarak seçildi.
CKM Matris elemanlarını V.E.Özcan’ın Makalesinden:
arXiv:0802.2621
 0.97377 0.2257 0.00431 0.044 


0.957 0.0416 0.46 
 0.230
 0.0074 0.0406
0.78
0.470 


0.46
0.470
0.57 
 0.063
Matris değerlerinin, gerekli bozunum ve üretim kanalları
girildikten sonra liste ve istatistik çıktısına ait bilgiler için
gerekli PYTHIA komutları yazılır.
(pyinit pylist 12 ile istatistik bilgilerin içerildiği çıktı elde
edilir. 1000 olay için 44000 sayfalık parçacıklara ait bilgi) ve
ROOT histogramlama ile ilgili havuz komutları yazılır
(.OutputFile=pythia.pool.root).
Çalıştırmak için,
 athena.py myGenOptions.py > athena_gen.out
Programın başarılı bir şekilde çalıştığı, ekran çıktılarının
içinde aşağıdaki satır görerek doğrulanır.
-rw-r--r-- 1 lloyd
pythia.pool.root
hep
358673 August 18 02:56:31
mu4=320 GeV için b-jetlerinin seçimi
.
Eğer başlangıçta W‟lerin leptonik bozunumlarına
bakılıyorsa b-jetlerin seçimi kolay olur; çünkü
ortamda sadece iki tane b-jet vardır.
Eğer W‟lerin hadronik bozunumları ele alınmışsa
ortamda en az dört tane jet olacağından dolayı
b-jetleri diğerlerinden ayırmak için önce iki jet
çiftinden hadronik W, en iyi W kütle değerini
verecek şekilde seçilir, kalanların içindeki en
yüksek momentuma sahip olanlar b-jetleridir.
Ortamda fazla jet olması durumunu çalışmak jet
enerjilerinde iyi verim alınamaması yüzünden
çok zordur.
p + p 14 TeV çarpıĢması olay listesi
simülasyonu (Pythia)
LĠSTE OLARAK ELDE EDĠLEN “ATHENA_GEN.OUT” ÖZET DOSYA
ĠÇERĠĞĠ:
Py:Athena
INFO including file "AthenaCommon/Compat.py"
Py:PropertyProxy INFO Read module info for 2995 configurables from 10 genConfDb files
Py:PropertyProxy INFO No duplicates have been found: that's good !
Py:Athena
INFO including file "AthenaCommon/Bootstrap.py"
ApplicationMgr SUCCESS
===========================================================================
Welcome to ApplicationMgr $Revision: 1.66 $
running on lxplus205.cern.ch on Mon August 18 02:56:31 2010
===========================================================================
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : AthenaServices
ApplicationMgr
INFO Application Manager Configured successfully
Py:Athena
INFO including file "AthenaCommon/Services.py"
Py:Athena
INFO including file "AthenaCommon/Atlas.UnixStandardJob.py"
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : IdDictDetDescrCnv
Py:Athena
INFO including file "my4famOptions.py"
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : DBDataModelAthenaPoolPoolCnv
ActiveStoreSvc
INFO Initializing ActiveStoreSvc - package version StoreGate-02-20-04
Py:Athena
INFO including file "AthenaCommon/runbatch.py"
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : AthenaSealSvc
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : AthenaRootStreamerSvc
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : DetDescrCnvSvc
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : PoolSvc
ApplicationMgr
INFO Successfully loaded modules : Pythia_i
StatusCodeSvc
INFO initialize
INITIALISING RANDOM NUMBER STREAMS
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
INFO
INFO
INFO
INFO
INFO
INFO
INFO
INFO
Command is: pysubs msel 0
Command is: pysubs msub 83 1
Command is: pypars mstp 1 4
Command is: pydat2 pmas 7 1 320.
Command is: pydat2 pmas 8 1 320.
Command is: pydat2 vckm 1 4 0.044
Command is: pydat2 vckm 2 4 0.46
Command is: pydat2 vckm 3 4 0.47
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
Pythia
INFO pysubs block msel item 0 value -1.1
INFO pysubs block msub item 83 value 1
INFO pypars block mstp item 1 value 4
INFO pydat2 block pmas item 7 value 1
INFO pydat2 block pmas item 8 value 1
INFO pydat2 block vckm item 1 value 4
INFO pydat2 block vckm item 2 value 4
INFO pydat2 block vckm item 3 value 4
******************************************************************************
******************************************************************************
**
**
**
*......*
Welcome to the Lund Monte Carlo! **
**
*:::!!:::::::::::*
**
**
*::::::!!::::::::::::::*
PPP Y
Y TTTTT H
H III
A
**
**
*::::::::!!::::::::::::::::*
P P Y Y
T
H
H I
A A
**
**
*:::::::::!!:::::::::::::::::*
PPP
Y
T
HHHHH I AAAAA **
**
*:::::::::!!:::::::::::::::::*
P
Y
T
H
H I A
A **
**
*::::::::!!::::::::::::::::*!
P
Y
T
H
H III A
A **
**
*::::::!!::::::::::::::* !!
**
**
!! *:::!!:::::::::::*
!!
This is PYTHIA version 6.412
**
**
!!
!* -><- *
!!
Last date of change: 23 Jun 2007 **
**
!!
!!
!!
**
**
!!
!!
!!
Now is 16 May 2008 at 02:56:41
** **
**
!!
!!
**
**
!!
lh
!!
Disclaimer: this program comes
**
**
!!
!!
without any guarantees. Beware
**
**
!!
hh
!!
of errors and use common sense
**
**
!!
ll
!!
when interpreting results.
**
**
!!
!!
**
**
!!
Copyright T. Sjostrand (2007)
**
** An archive of program versions and documentation is found on the web:
**
** http://www.thep.lu.se/~torbjorn/Pythia.html
**
**
phone: + 1 - 630 - 840 - 2270; e-mail: [email protected]
**
******************************************************************************
Tesir Kesiti ve Olay sayılarının istatistiği
********* PYSTAT: Statistics on Number of Events and Cross-sections ********
==============================================================================
I
I
I
I
I
Subprocess
I
Number of points
I
Sigma
I
I----------------------------------I----------------------------I
(mb)
I
I
I
I
I
I N:o Type
I
Generated
Tried
I
I
==============================================================================
I
I
I
I
I
0 All included subprocesses
I
7000
222118 I 1.524E-08 I
I 83 f + q -> f' + Q, massive
I
7000
222118 I 1.524E-08 I
I
I
I
I
==============================================================================
********* Total number of errors, excluding junctions =
0 *************
********* Total number of errors, including junctions =
0 *************
********* Fraction of events that fail fragmentation cuts =
MetaData: cross-section (nb)= 0.0152393
DumpMC
INFO >>> DumpMC from finalize
----- DumpMC World From finalize
Stream1
INFO Records written: 7000
PoolSvc
INFO finalize() in PoolSvc
pythia4fam.pool.root
Info Database being retired...
Domain[ROOT_All]
Info -> Deaccess DbDatabase
CREATE
000423D6572A
0.00313 *********
[ROOT_All] B0847001-0700-DD11-BD07-
Domain[ROOT_All]: level[Info] >
Deaccess DbDomain
UPDATE
[ROOT_All]
XMLFileCatalog: level[Info] There were no updates in the catalog
cleaning up
StatusCodeSvc
INFO initialize
ApplicationMgr
INFO Application Manager Finalized successfully
ApplicationMgr
INFO Application Manager Terminated successfully
StoreGateSvc
INFO Finalizing StoreGateSvc - package version StoreGate-02-20-04
=1.524x10-8 mb bozunum tesir kesiti
R=  x L burada R olay sayısıdır.
LHC‟de yılda düşük ışınlıkta (L=10 fb-1)
R=1.524 x 10-8 x 1012 x10=1.5 x 105 olay elde
edilecektir.
Yüksek ışınlıkta bu değer, R=1.5 x 106 olaya karşı
gelir.
LHC’de ilk dört yılda yüzbin, daha sonraki
yıllarda milyon tane dördüncü aile kuarkları
tekli olarak üretilebilecektir.
Görsel çıktı ve Analizler için ROOT Kullanılır.
ROOT programı:
Konsoldan tar zxvf root_v5.06.00.source.tar.gz
komutu ile sıkıştırılmış olan dosya açılır.
> export ROOTSYS=„kullanıcı'/root
şeklinde programın kurulacağı yol değer
verilir.
>tar zxvf root_v5.06.00.source.tar.gz komutu ile
sıkıştırılış dosyamız açıldıktan sonra “/root” şeklinde bir
dizin oluşacaktır. Bu dizine girilerek;
>./configure
>gmake
>gmake install
komutları verilerek ROOT programı yüklenmiş olur.
/etc/profile'ın içine;
>export ROOTSYS=/home/kullanıcı/root/
>export PATH=$ROOTSYS/bin:$PATH
>export LD_LIBRARY_PATH=$ROOTSYS/lib:$LD_LIBRARY_PATH adımları
ile gerekli kütüphane dosyalarının eklenmesi gerekir. Konsoldan “root”
komutu ile ROOT programını çalıştırırken bazen istenmedik problemlerle
karşılaşılabilir. Bu sebeple “$ROOTSYS/bin/root” komutu ile kullanmak daha
uygundur.
ROOT HISTOGRAM PROGRAMı:
✔ C ve C++ diline dayalı bir programdır
✔ Hem kod üzerinde hem de arayüz ile
çalışabilme imkanı
✔ 3 boyutlu grafik çizdirebilme imkanı,
grafikleri matematiksel fonksiyonlara
uyarlamak
✔ Fiziksel uygulamalar yapmak mümkün
✔ Grafikler üzerinde oynamalar, düzenlemeler
yapmak kolay
✔ ROOT programı için
http://root.cern.ch/root/Availability.html
adresinden kurulum imkanı sağlanır.
ROOT programını çalıştığımız ATHENA
üzerinden grafiklerini almak için,
root[0] a=TBrowser();
ROOT ile
çizilebilecek en basit
grafik örnekleri:
Üretilen parçacıkların
dedektöre göre x-yönündeki
momentum grafiği
ve
Monte Carlo ile Üretilen
Parçacıkların Etkileşme
Vertekslerinde davranış
grafiği
Üretilen parçacıkların
dedektöre göre
z-yönündeki momentum
dağılımı
Jetler için dedektörde temel seçim kuralları
R  ( ) 2  ( ) 2 , (R  0.4 olan bir konide toplanır. İleri jetler
için 0.7 yarıçaplı ileri kısım için koniler seçilir. Ayrıca
ETl , jets  10 GeV
kriterleri uygulanmıştır programda
LHC’DE VERİ ANALİZİ
• Parçacık çarpışması = Olay
• Fizikçinin amacı oluşan bütün parçacıkları algılayıp,
ölçerek olayın tam bir yeniden oluşumunu sağlamaktır.
• Tüm izler arasındaki “özel desenler”in varlığı ilginç
etkileşmelerin işaretidir.
LHC’DE VERİ ANALİZİ
Bu olaylar kümesinden başlayarak…
Seçicilik: 1013 te 1
Bin dünya
nüfusunda 1 kişiyi
veya 20 milyon
saman yığınında 1
iğneyi aramak gibi
Bu “imza’yı arıyoruz:
LHC’DE ÇARPIŞMALAR
•Proton-Proton
(2835×2835 öbek)
•Proton/öbek ~
1011
•Hüzme Enerjisi~
7 TeV
12
(7×10 eV)
•Işıklık
1034 cm-2 s-1
•Geçiş oranı
40 MHz
•Çarpışmalar ≈
107-109 Hz
10.000.000.000.’da 1’in
Seçimi!!!
LHC VERİLERİNİN SAKLANMASI
LHC verileri yılda yaklaşık 20 milyon
CDyi dolduracak!
Balon
(30 Km)
1 yıllık LHC verisini
içeren CD sütunu!
(~ 20 Km)
Deneyler bu verileri
nerede saklayacak?
Concorde
(15 Km)
LHC VERİLERİNİN ÇÖZÜMLENMESİ
LHC verilerinin çözümlenmesi için
günümüzün en hızlı PC işlemcilerinden
~ 100,000 tanesine ihtiyaç vardır!
Deneyler bu bilgiişleme
kapasitesini nereden bulacak?
Mt. Blanc
(4.8 Km)
CERN Bilgiişlem Merkezi
~2,000 mikroişlemci
~100 TBitlik disk alanı
~1 PB of manyetik teyp
Performans ve maliyette ilerleyen teknolojinin
getireceği gelişmelerle bile CERN’ün LHC’nin
ihtiyacı olan kapasiteyi sağlaması mümkün değil!
LHC İÇİN BİLGİİŞLEME
• Problem: CERN kendibaşına gerekli kaynakların ancak bir kesrini
sağlayabilir
• Çözüm: Bilgiişlem merkezleri birbirine bağlanarak tüm dünyadaki parçacık
fizikçilerinin bilgiişlem kaynaklarını birleştirmeli !
Temel Zorluklar:
Uzaktan haberleşme ve işbirliği
Küresel veri ve bilgi işlem gücünün
yönetilmesi
Ortak yazılım geliştirilmesi ve
fiziksel analizler
Avrupa:
267 enstitü
4603 kullanıcı
Diğer yerlerde:
208 enstitü
1632 kullanıcı
LCG – LHC COMPUTING GRID
PROJESI –NEDİR ?
Kollaborasyon
LHC Deneyleri
~200 bilgiislem merkezi
12 buyuk merkez (Tier 0, Tier 1)
38 Tier 2 merkezi
~40 ulke
EGEE, OSG, Nordugrid Gridleri
Seçimler
Grid teknolojisi kullan. (Ağ
Kapasitesi: Merkezler arasında 10 –
40 Gbps bağlantılar)
“Tier” hiyerarşisi kullan.
PClerde Intel işlemciler
LINUX işletim systemi.
Hedef
Deneylerin LHC detektörlerinden
gelen verileri çözümlemesine
yardımcı olacak bilgiişleme
ortamını hazırlamak.
Lab m
Uni x
Bölgesel bir
grup için grid
CERN Tier 1
Lab a
İngiltere
ABD
Tier3
fizik
Bölümü

İtalya

CERN
Tier0
Uni y
Desktop
Uni n
Japonya
Taipei? Almanya
Lab b

Fransa
Tier 1
Tier2
Uni a
Uni b
Lab c
Bir fizik
çalışma
grubu için
grid
YÜKSEK ENERJĠ FĠZĠĞĠNDE GRID
ALTYAPISININ KULLANIMI
Tier Gruplarının Genel Yapısal ġeması
Tier 1: 10 GpsG
Tier 2: 2.5/10 Gbps
Tier 3: ~2.5 Gbps
Tier 4: 0.1–1 Gbps
Veri Analizinde
Basamaklar
• Alt dedektörlerden verinin
alınması
• Koşula uyan verinin okunması
• Olayların oluşturulması
• Verinin depolanması
• Veri analizi algoritmaları
• Deneysel veri ile teorinin
(modelin) karşılaştırılması
LHC DENEYLERİ DATA FORMATI
LHC Dedektörleri yılda yaklaşık 3 PB ham veri üretecek, uzak merkezlerde
(GRID üzerinden) fizikçilerin data analiz etmeleri için çeşitli “dataset” tipleri
oluşturulmuştur.
Bunlar:
“Byte-stream Data” tetikleme sisteminden gelen olay verisinin bir temsilidir.
“Raw Data Object Data (RDO)” “byte stream” bilginin C++ temsilidir.
“Event Summary Data (ESD)” ham veriden üretilen ve dedektör oluşturması
(reco) çıktısı içeren veridir. Parçacık tanımlaması, parçacık izi, jet
kalibrasyonu vb. bilgileri bulundurur. Yeniden oluşturma algoritmaları ve
kalibrasyon yapmak için uygundur, boyutu olay başına ~500 kB.
“Analysis Object Data (AOD)” yeniden oluşturulmuş(reco) olayların özet
bilgisini içerir. Fizik analizleri için uygun streamler halinde bulunur.
Boyutları~100 kB.
“TAG format” ilgilenilen olaylarıseçmenin kolay yoludur, TAG
dosyalarıüzerinde çalışarak olaylar hızlı bir şekilde filtrelenebilir.
“Derived Physics Data (DPD)” AOD dosyalarından özel olarak
hazırlanmışdata formatı, olay bilgisinin kaldırıldığı(slimming), olayların
filtrelendiği (skimming), özel nesnelerin kaldırıldığı(thinning) sürecine
uğramış data türü. Hızlı fizik analizleri için uygundur. Boyutları~10 kB.

GRİD SİSTEMİ
VE İŞ
BIRAKMA
GRID: Bütün bir sistem gibi davranabilen dev bir kaynak topluluğudur.
İşlemci gücü, Veri depolama alanı, Veritabanı, Uygulama, Cihaz (teleskop vb.),
Araştırmacı, Deney, Proje, Kütüphane, …
Neden GRID?
Araştırmacıların kompleks bir işte
>Hesaplama zamanını azaltmak için
>Büyük verilere ulaşmak için
>Özel ekipmanlara ulaşmak için
>Diğer kullanıcılarla çalışabilmek için
çok sayıda kaynağa veya servise ihtiyacı vardır.
Uygulama Alanları:
 Yüksek Enerji Fiziği
 Biyomedikal
 Dijital Kütüphaneler
 Bilgisayar Hesaplamalı Kimya
 Yerbilim
 Jeo-fizik
 Astro-fizik
 Füzyon
 Finans
 …
 Grid çalışmaları ULAKBİM koordinasyonunda hesaplama kaynaklarının grid altyapısı
altında toplanması amacı ile 2003 yılında TR-Grid Oluşumu adı altında
başlatılmıştır.
GRID‟ E İŞ GÖNDERME
Konsol aracılığı ile;
 Linux/Windows masaüstü bilgisayarlarınızdan SSH programı
 Kullanıcı arayüz sunucularına erişim
 Web portalı yardımı ile: P-Grade uygulaması
 Tarayıcı bir program
 Java plug-in
Kullanıcı Arayüz Sunucularına Erişim:
Kullanıcı arayüz sunucusuna SSH istemci programı ile bağlantının
sağlanır:
 Linux: Terminal, Windows: SSH istemcisi (putty, v.b.)





Sunucu Adı : lufer.ulakbim.gov.tr
Kullanıcı Adı: Bize gönderilmiş olan kullanıcı adı
Kullanıcı Şifresi: Bize gönderilmiş olan kullanıcı şifresi
.p12 uzantılı açık/kapalı anahtar ikilisinin ayrıştırılması
> .globus dizinin kontrol edilmesi:
$ ls -laR .globus
$ ls –lrt /temp/yef-trgrid
$ tar –zxvf /temp/yef-trgrid/egitim.tar.gz adımları yapılır.
Geçici Sertifika Oluşturmak İçin,
 Grid ortamında yetkilendirilmeler X.509 standardında sayısal
sertifikalar ile yapılmaktadır.
 X.509 sertifikaları aşağıdaki bilgileri içerir:
Kullanıcı açık anahtarı,
 Kullanıcı hakkında bilgi,
 Sertifika otoritesi bilgisi,
 Geçerlilik süresi,
 Sertifika otoritesinin imzası
 Sertifikanızı incelemek için;
 $ grid-cert-info








Geçici olarak yetkilendirilmek için sertifika
oluĢturulması:
$ voms-proxy-init –voms sgdemo
$ voms-proxy-init –voms trgridb
OluĢturulan geçici sertifika hakkında bilgi edinilmesi:
$ voms-proxy-info –all
OluĢturulan geçici sertifikanın iptal edilmesi:
$ voms-proxy-destroy
GRID DİLİ: JDL

Job Description Language (JDL)


Bir JDL dosyası niteliklerle oluşturulur:


Condor ClassAd dili standardında geliştirilmiştir.
<nitelik> = <anahtar>;
Nitelikler temel olarak ikiye ayrılabilir:
ĠĢ nitelikleri: iĢin kendini tanımlar.
 Kaynak nitelikleri: iĢe uygun kaynakları
bulunmasını sağlar.



#, // veya /* */ ile JDL içine açıklama satırları
yazılabilir.
JDL parçalayıcının(parser) hatasız bir şekilde
çözümleme yapması için gerekli nitelikler:
Tüm iş tanımlar köşeli parantezler içinde olmalıdır. Örnek:
[ <iş tanımı>]
 Her tanım satırı noktalı virgül ile ayrılmalıdır.
 JDL boşluk ve tab karakterlerine duyarlıdır.

JDL NİTELİKLERİ:
JobType – Normal (basit, seri iş), Interactive,
MPICH, Checkpointable
 Executable – Çalıştırılacak komut
 Arguments – Komuta verilecek argümanlar
 StdInput, StdOutput, StdError – Standart girdi,
çıktı ve hata dosyaları
 Environment – Çevre değişkenleri
 InputSandbox – Kullanıcı arayüzünden çalışacağı
siteye gönderilecek dosyalar
 OutputSandbox – İş bitiminde alınacak dosyalar
 Requirements – Gerekli kaynak nitelikleri
 Rank – Bulunan kaynakların sıralanması

Executable = < string >



Çalıştırılacak programı gösterir.
Aynı dosya ismi InputSandbox niteliğinde de belirtilmelidir.
Özel karakterlere izin verilmez.
Örnek: Executable = {“/opt/sw/sgdemo/test.sh”};
StdOutput, StdError, StdInput = < string >


Çıktı, hata ve giriş dosyalarını göstermektedir.
Aynı dosya isimleri OutputSandbox niteliğinde de belirtilmelidir.
InputSandbox, OutputSandbox = < string | string listesi >

InputSandbox, çalıştırılacak işin ihtiyacı olan giriş dosyalarını
göstermektedir.
UI (User Interface) -> WN (Worker Node)


OutputSandbox, çalıştırılan işin çıktı dosyalarını göstermektedir.
WN (Worker Node) -> UI (User Interface)
InputSandbox'da gösterilen dosyaların toplam boyutu 20 MB'ı geçmemelidir.
JDL dosyasında yer alan niteliklere göre, işin çalışabileceği
siteleri görebilmek için:
$ glite-wms-job-list-match –a <job.jdl>
 İşin belli bir sitede çalışması için Requirement satırı
kullanılabilir:

Requirements = other.GlueCEUniqueID ==
"ce.ulakbim.gov.tr:2119/jobmanager-lcgpbssgdemo
İş göndermek için;
glite-wms-job-submit –a [--vo <VO>] [-o <HelloWorld>] <job.jdl>

--vo Sanal organizasyon, geçici sertifika oluşturulurken sanal
organizasyon tanımı yapıldı ise, kullanılmasına gerek yoktur.
 -o Oluşacak işNumarası'nın yazılması istenilen dosya ismi

İşin durumunu öğrenmek için;
glite-wms-job-status –i <Helloworld> (veya işNumarası)


-i İş gönderilirken verilen dosya ismi burada kullanılabilir.
İŞ DURUMLARI:
Submitted – İş UI makinası aracılığı ile yollandı.
Waiting – İş kabul edildi ve WMS sunucusunda beklemede
Ready–İş WMS tarafından incelendi ve CE sunucusuna gönderilmek için hazır
Scheduled – İş CE sunucusuna gönderildi ve sırada bekliyor
Running – İş çalışmaya başladı
Done – İş tamamlandı
Cleared–İş“Çıktı Dosyası” UI sunucusuna alındı veya zaman aşımından silindi
Diğer iĢ komutları ise,
> glite-wms-job-cancel <işNumarası>
 Belirtilen işi iptal eder.
> glite-wms-job-status <işNumarası>
 İş hakkında bilgi verir.
> glite-wms-job-output <işNumarası>
 İşin çıktı torbasını getirir.
> glite-wms-job-logging-info <işNumarası>
 İş hakkında detaylı bilgi verir, hata gidermek için yararlı bir komuttur.
Örnek JDL Dosyası
Executable = "/bin/sh";
Arguments = "HelloWorld.sh";
Stdoutput = "stdoutput.txt";
StdError = "stderror.txt";
InputSandbox = {"HelloWorld.c","HelloWorld.sh"};
OutputSandbox = {"stdoutput.txt","stderror.txt"};
Requirements = (other.GlueHostOperatingSystemName ==
“linux");
Rank = other.GlueCEStateFreeCPUs;
Sonuçlar
• Temel bilimlerde modellemenin önemi diğer bilimlere göre
daha büyüktür maliyetin yüksek olması açısından.
• İspatlanmamış olanlarda teorik ispatın yanında deneyden
önce ne beklediğimizi öngörmek için modellemeye ihtiyaç
duyar.
• Modelleme, maddiyattan ve zamandan tasarruf demektir.
• LHC‟deki deneyler üzerine yapılan bütün fizik modellemeleri,
enjekte edilen pp çarpıştırıcısında ne beklediğimizi açıkça
ortaya koyar.
• GRID Sistemi LHC için şu ana kadar ulaşılmış en hızlı ve en
büyük veri akışını ülkelerarası sağlayacak konumdadır.
• TÜRKİYE bir TİER 2 ülkesidir. CMS‟te USA‟ya, ATLAS‟ta
Hollanda, NIKHEF‟e link yapılmıştır.
• ULAKBIM, son yıllarda GRID konusunda çok aşama
kaydetmiş ve birçok alanda çalışmalara önayak olmuştur.
Kaynaklar
1. G. Cowan, Statistical Data Analysis,
Oxford University Press, 2002.
2. R. Frühwirth et al., Data Analysis
Techniques, Cambridge University
Press, 2000.
3. L. Lyon, Statistics for Nuclear and
Particle Physicists, Cambridge
University Press, 1992.