Hello world! Mein Name ist Martin Liendl und ich gehöre eigentlich zu den "Außenseitern" in der Hochenergiephysik, weil ich mich nicht mit Teilchen & Co sondern mit Computing im Hochenergiephysikumfeld beschäftige.
Ich bin Teil der Kollaboration des Compact Muon Solenoid (CMS) Experiments für den Large Hardron Collider (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf in der Schweiz. Von den beinahe 2000 Männern und Frauen in der Kollaboration sind ein großer Teil gar nicht ausgebildete Hochenergiephysiker sondern Ingenieure und Physiker aus verschiedensten Branchen, Mathematiker, Computerwissenschaftler, ... .
Ich arbeite als Fellow in der "Computing and Core Software" Gruppe in CMS an den Themen Detektorbeschreibung für Simulation und Rekonstruktion sowie an Prototypen für eine "Conditions Database" und deren Anbindung an die Rekonstruktionssoftware. Allesamt Themen, die nicht direkt mit Teilchenphysik zu tun haben, sondern in der Informatik angesiedelt sind.
Wie bin ich denn eigentlich ans CERN gekommen? Nach meinem Studium der Technischen Physik (experimentelle Festkörperphysik) hatte ich einige Jahre in der Software Branche gearbeitet. Dann erfuhr ich vom "Doctoral Student Program" am CERN. Ziel des Programmes ist eine Dissertation in jeder anderen (technischen) Branche als Teilchenphysik. Man arbeitet vorort am CERN an einem Projekt an vorderster Front von Beschleuniger- und Detektorentwicklung mit und wird fachlich von einem Institut der Heimatuniversität betreut. So beschloß ich, meine praktischen Erfahrungen aus der Softwareindustrie auf eine formale Grundlage zu stellen und startete wieder als Student am CERN eine Dissertation in Informatik betreut durch Univ.Doz. Rudolf Frühwirth (Österreiche Akademie der Wissenschaften - HEPHY) und Ao.Univ. Gerald Futschek (Inst. für Softwaretechnik und Interaktive Systeme, TU Wien).
Thema der Dissertation mit Titel "Design and Implementation of an XML based object-orientated Detector Description Database for CMS" ist eine Detektorbeschreibungs-Datenbank (DDD), die für CMS entwickelt wurde. DDD stellt einen fundamentalen Bestandteil der CMS Offline Software dar. CMS Simulation und CMS Rekonstruktion sind die Hauptkomponenten der Offine Software. Beide benötigen unterschiedliche Modelle des Detektors, um die ihnen gestellten Aufgaben effizient zu lösen. Die Arbeit analysiert die Anforderungen an eine Detektorbeschreibungs-Datenbank und beschreibt im Detail die gewählte Lösung. Diese gliedert sich in folgende Komponenten: eine XML-basierte Beschreibungssprache, ein Laufzeit-System, welches eine transiente objekt-orientierte Darstellung des Detektors implementiert und eine Schnittstelle zur Anbindung der Anwenderprogramme. Ein wesentlicher Aspekt der Arbeit ist das Design der erforderlichen Komponenten. Der Ausgangspunkt dafür ist ein Modell, welches die Charakteristiken des Problembereiches beschreibt (domain model). Dieses wird nach den Richtlinien der Model Driven Architecture (MDA) in verschiede Implementationsmodelle transformiert, die dann eine Basis für entsprechende Implementationen bilden.
Mit "Simulation" meine ich die Simulation von Teilcheninteraktionen mit dem Detektor. Der Durchgang von Teilchen durch Materie wird simuliert, wobei die verschiedensten physikalischen Prozesse wie Bremsstrahlung, Einfluß eines externen magnetischen Feldes, Teilchenvernichtung und -erzeugung, ..., sowie die Detektorgeometrie (geometrische Formen und Hierarchien davon, chemische und physikalische Eigenschaften der zur Verwendung kommenden Materialien) berücksichtigt werden müssen. Ziel der Simulation ist die Produktion von möglichst realistischen Datensets, wie sie in einigen Jahren vom in den Betrieb gesetzten Detektor geliefert werden. Simulation ist eine sehr rechenintesive Aufgabe, wenn man ausreichend viele Physikereignisse produzieren will. Um den Rechenaufwand zu reduzieren, wird der Simulation immer die ideale Detektorgeometrie zugrunde gelegt. Dies ist die Beschreibung des Detektors wie er am "Reißbrett" geplant wurde. Die Abbildung unten linkes zeigt ein simuliertes Event - den Zerfall einen mikroskopischen Schwarzen Loches - im CMS Detektor:
 Visualisierung eines simulierten Physikereignisses im CMS Detektor |  Photo aus der CMS Montagehalle. Es zeigt einen Teil des magnetischen Joches in welchem Muonenkammern montiert werden. |
Somit haben Simulation und Rekonstruktion viele gemeinsame aber auch viele unterschiedliche Anforderungen an eine Detektorbeschreibung ein und desselben Detektors! In meiner Dissertation habe ich diese Anforderungen analysiert und entsprechende Lösung vorgeschlagen, die ein gemeinsames Modell des Detektor vorsieht, von welchem dann entsprechend Modelle für Simulation und Rekonstruktion unter zu Hilfenahme weiterer, applikationsspezifischer Beschreibungsquellen abgeleitet werden.
Eine solche spezifische Beschreibungsquelle stellt die sogenannte Conditions Database dar. In dieser Datenbank werden alle Statusinformationen des Deketors während des Meßbetriebes gespeichert: Temperaturen, Gasdrucke, Lasermessugen zur Vermessung von Positionsverschiebungen, ... . Ferner werden dort auch Kalibrationsdaten gespeichert, die nicht direkt gemessen werden können, sondern die mittels Rekonstruktion von wohlbekannten Physikereignissen ableitbar sind. Die Conditions Database ist eine temporale Datenbank, d.h. sie liefert zeitabhängige Zusatzinformationen für eine vollständige Detektorbeschreibung. Es ist Teil meiner derzeitigen Aufgabe als CERN Fellow die Anforderungen einer solchen Datenbank im Rahmen von CMS zu analysieren und entsprechende Prototypen zu implementieren.
Kontaktinformationen:
mailto: martin.liendl@cern.ch
http://www.cern.ch/liendl
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