 Рис. 9.1. Схема программного обеспечения для моделирования и обработки данных эксперимента GRAAL по исследованию фоторождения мезонов |
Организация программ
анализа данных GRAAL представлена на рис.9.1. Наряду
с программами для обработки и анализа
экспериментальных данных, существует набор
программ для моделирования эксперимента.
Моделирование, в основном, необходимо для
расчета эффективности регистрации и анализа той
или иной исследуемой реакции, а также для оценки
вклада фоновых событий. Программы анализа данных
написаны на языке FORTRAN77, с использованием
библиотек GERNlib 2.
Экспериментальные
данные записаны на DLT ленты в виде файлов в
бинарном формате. Программа DECODE преобразует эти
файлы в формат NTuple, для работы с которым
используется библиотека НВООК, входящая в набор
библиотек CERNLib. Файлы DATA.BASE содержат информацию о
калибровках каждого из детекторов. Программа PREAN,
используя информацию из DATA.BASE, выполняет
предварительный анализ экспериментального
файла поступающего от DECODE. Она переводит сигналы
из каналов АЦП и ВЦП в единицы измерения
физических величин: МэВ, сек. На этом этапе так же
происходит анализ структуры событий, как для
каждого детектора в отдельности, так и для всей
установки в целом. Так, например, отбираются
события, в которых число сработавших пластиков в
детекторе системы мечения равно единице. Затем
анализируются кластеры стрипового детектора
(группы одновременно сработавших соседних
стрипов) и делается проверка геометрического
совпадения координат пластика и координаты
образования кластера. Затем вычисляются углы (
и 
) прохождения
частиц через MWPC. Делается анализ образовавшихся
кластеров BGO-калориметра (группа одновременно
сработавших соседних кристаллов). Выполняется
анализ треков в детекторе LAGRANGE. Треком
называется геометрически ассоциированная
группа событий в детекторах центрального или
переднего направлений.
Программа FLUX служит для вычисления
количества гамма-квантов упавших на мишень за
время измерений. Программы отбора событий служат
для выделения событий, соответствующих той или
иной изучаемой реакции (подробнее о критериях
отбора событий см . в главе "Методы
идентификации каналов фоторождения мезонов на
нуклонах").
Программа LAGGEN (LAGrange GENerator)
использует пакеты программ, описывающие гамма
пучок, детектор системы мечения, элементы
детектора LAGRANGE, а также базу данных “CHANNEL.MAT”, в
которой хранятся имеющиеся литературные данные
по сечениям, угловым распределениям, асимметриям
и другим уже известным характеристикам
изучаемых процессов. Смоделированные файлы
обрабатываются далее программой LAGDIG (LAGrange DIGital),
которая приводит их к виду, похожему на результат
эксперимента, то есть учитывает функции отклика
детекторов. Поэтому на выходе LAGDIG’а может быть
использована программа предварительного
анализа PREAN (PREliminary Analysis) , которая используется и
для анализа экспериментальных данных. При этом
последние должны быть обработаны программой DECODE
, которая декодирует сырые данные и приводит их к
удобному цифровому виду в формате ntuple. Файлы на
выходе программы PREAN могут быть далее
представлены в графическом или ином виде с
помощью программы PAW (Program Analysis Workstation). Такой
набор программ для анализа и моделирования
эксперимента является достаточно стандартным
для любого ядерно – физического эксперимента.
Программа LAGGEN написана на основе
библиотек GEANT3.21. Задачей этой программы является
генерация различных каналов реакций и
моделирование отклика детекторов при
регистрации продуктов реакций. Программа GGAMMA,
используя параметры пучка фотонов лазера и пучка
электронов накопителя ESRF, моделирует спектр
энергий налетающих фотонов. На основе этого
спектра, а так же заданных сечений и угловых
распределений реакций, LAGGEN моделирует
кинематику реакций. Сечения и угловые
распределения продуктов реакций задаются в
соответствии с известными экспериментальными
данными, а так же различными теоретическими
моделями. На основе описанной геометрии и
характеристик детектора LAGRANGE программа LAGGEN
моделирует его отклик при регистрации той или
иной частицы.
Программа LAGDIG моделирует отклик
электронной аппаратуры, то есть переводит
физические величины, в сигнал АЦП и ВЦП.
Результатом работы этой программы является файл,
аналогичный тому, что может быть получен в ходе
эксперимента после работы программы DECODE. Далее,
алгоритмы анализа моделированных и
экспериментальных данных полностью совпадают.
НВООК представляет собой набор
процедур и функций FORTRAN для работы с ID и 2D
гистограммами, а так же файлами формата Ntuple (Tuple
(англ.) — группа взаимосвязанных элементов
данных или записей.)
Концепцию файла Ntuple просто понять на
следующем примере. Пусть требуется сохранить для
последующего анализа N событий эксперимента.
Пусть, так же, каждое из событий характеризуется
М различными переменными (например, число
сработавших кристаллов детектора, координаты
каждого из сработавших кристаллов, амплитуда
импульсов от каждого кристалла, время
срабатывания и т.д.). Файл Ntuple можно представить,
как MxN таблицу, в которой по столбцам расположены
переменные, а по строкам номера событий.
Организация подобной таблицы самостоятельно
(например, в виде обычного ASCII файла) часто бывает
затрудничельна из-за большого числа переменных,
а так же из-за наличия внутренней связи между
переменными (например, координата кристалла
зависит от его номера), процедуры обработки
которых необходимо было бы также самостоятельно
устанавливать для каждого конкретного случая.
Таким образом, можно сказать, что Ntuple — это
унифицированный формат записи статистических
данных (аналогично формату базы данных).
Программы PAW (Physics Analysis Workstation) и ROOT —
это интерактивные программы анализа данных и
графического представления результатов, с
возможностью автоматизации посредством
скриптов. По сути, PAW является интерфейсом к
набору библиотек CERNLib. Все, что можно сделать в PAW
интерактивно, также можно реализовать в
компилируемом программном коде, непосредственно
используя ту или иную процедуру из библиотек
CERNLib.
Интерфейс PAW реализован через
собственный язык команд, посредством которого и
происходит работа, заключающаяся, как правило, в
написании различных скриптов на данном языке.
Существует так же графическая реализация
интерфейса PAW, называемая PAW++, которая в некоторых
случаях упрощает работу с PAW.
ROOT представляет более мощную по
сравнению с PAW среду для анализа данных. Он не
входит в CERNlib и является отдельным проектом,
развивающемся в рамках CERN. В отличие от PAW,
использующем библиотеки написанные на FORTRAN, ROOT
работает с C++, что позволяет реализовать объектно
ориентированный подход в работе с ROOT. В ROOT так же
реализован свой отличный от Ntuple формат записи
статистических данных, дающий гораздо больше
возможностей при работе с данными.
Дополнительная литература:
- GRAAL homepage: http://www.infn.it/levisand/graal/graal.html