伊利诺伊大学软件学院2500万美元的一部分,使发现在高能物理

2018年9月4日,美国国家科学基金会(NSF)宣布发射的高能物理研究和创新研究所软件(IRIS-HEP)。2500万美元的软件学院将解决前所未有的大量数据,将来自high-luminosity运行的大型强子对撞机(LHC)是世界上最强大的粒子加速器位于日内瓦附近欧洲粒子物理研究所,瑞士。High-Luminosity LHC (HL-LHC)将为科学家们提供了一个独特的窗口到亚原子世界寻找新的现象和研究做了详细的希格斯玻色子的属性。LHC的2012年发现希格斯粒子boson-a我们基础理论的核心nature-led诺贝尔物理学奖一年后,为科学家们提供了一个新工具进行进一步的探索。

HL-LHC将开始操作大约在2026年,一直持续到2030年代。它将产生超过10亿每秒钟粒子碰撞,其中只有一小部分将显示新的——伟大的物理学家们感兴趣的现象每发生碰撞的概率很低。luminosity-a HL-LHC的十倍增加的数量来衡量的粒子碰撞发生在给定的时间将使物理学家研究熟悉过程以前所未有的水平的细节,观察罕见的新现象存在于自然。

但亮度的增加也会导致更复杂的碰撞数据。增加十倍所需的数据处理和存储不能没有新的软件工具实现智能数据过滤,只记录最有趣的碰撞事件,使科学家们能够更有效地分析数据。

在接下来的五年,IRIS-HEP将专注于开发创新的软件用于粒子物理研究与HL-LHC关键科学司机。它还将创造机会的培训和教育相关领域的计算和数据科学和公众宣传。新利国际研究所还将增加参与弱势的女性和少数族裔在高能物理研究。

IRIS-HEP汇集了多学科小组17所大学的研究人员和教育工作者,包括马克·纽鲍尔,伊利诺伊大学香槟分校的物理学教授和教师联盟与美国国家超级计算应用中心(山在乌尔班纳。纽鲍尔是阿特拉斯合作的成员,生成和分析数据在大型强子对撞机粒子碰撞。纽鲍尔将IRIS-HEP执委会和协调协会的活动来开发并发展其战略眼光。

纽鲍尔以及同事彼得•埃尔默(普林斯顿大学)和迈克尔·索科洛夫(辛辛那提),领导全社区的努力从NSF概念化的研究所资助。纽鲍尔是一个开发团队的关键成员IRIS-HEP提议。通过概念化过程涉及18个车间在过去的两年里,主要国家和国际伙伴从高能物理,计算机科学,工业,和数据科学结合在一起,产生超过8社区立场文件,尤其是战略研究所和消息灵通的路线图计划软件和计算研发未来十年。他们回顾了二十年的大型强子对撞机的数据处理和分析方法和发展战略来解决前面的挑战和机遇。

“IRIS-HEP将作为新的国际高能物理知识中心的软件开发社区,”纽鲍尔评论。“这个研究所的成立将做更多比软件开发基金支持HL-LHC科学;它将提供新的想法和创新的沃土,使青年研究人员感兴趣的软件和数据功能的科学计算方面通过指导和培训来支持他们的专业发展,并将重新定义的传统边界高能物理社区。”

纽鲍尔将NSF资助通过IRIS-HEP研究所的努力作出贡献软件研究和创新。他计划与丹尼尔·s·卡茨合作搭建科学软件和应用的助理主任,专门成立一个小组,研究新方法和系统数据分析和创新算法,应用机器学习等方法加速计算在现代计算机体系结构。

相关研究也开始在当前秋季学期,通过单独的NSF纽鲍尔和卡兹奖与凯尔克兰麦(纽约),海科穆勒(巴黎圣母院)(纽约)和迈克尔·希尔德雷思则表示将合作的可伸缩的计算机人工智能和Likelihood-Free推理(SCAILFIN)项目。SCAILFIN旨在最大化人工智能和机器学习的潜力,提高新物理学在LHC搜索,同时解决当前问题在数据分析软件和数据的可持续性,使更多的可重用和可再生的。

Katz说,他期待着深入研究这些项目:“如何构建工具,更有意义的数据,如何使软件更可持续的少所以重写,如何编写软件,是未来跨不同系统和便携式兼容硬件变化是巨大的挑战。和这些问题是及时的。他们融入更大的对话,是持续在计算机科学和信息科学社区。我很高兴给我这个机会从这些互补融合最新的工作领域与物理工作。”

纽鲍尔总结道,“寻求理解的基本构建块的性质和他们的交互是一个古老、最雄心勃勃的人类科学的努力。HL-LHC将代表一个巨大的进步的追求,是美国粒子物理学部门的首要任务。是常见的前沿科学实验推动边界的知识,也有严峻的挑战。大型强子对撞机实验是进行大型投资升级他们的探测器能够挑战HL-LHC环境中运作。

“一个重大投资研发软件用于获取、管理、过程,和分析大量的数据将生成HL-LHC时期科学的投资回报率最大化至关重要的加速器和探测器。这不是一个可以解决的问题单靠硬件技术发展或收益计算资源。协会将支持青年科学家开发创新的软件在未来五到十年,让我们需要做我们的科学HL-LHC时期。我高兴看到这么大的高能物理的NSF在这方面的投资。”