Studenti z Česka vytvořili v CERN systém, který pomáhá vědcům

Informan systm zaznamenv kad detail o vech soustkch vnitnho detektoru pro experiment ATLAS soust urychlovae stic v Evropsk organizaci pro jadern vzkum (CERN).

Prce na vvoji informanho systmu zaaly v roce 2017 a od t doby se systm pouv a rozvj. V souasn dob je tm dokonen a me se tak zat pln vyuvat. Projekt realizoval zakladatel spolenosti Unicorn Vladimr Kov a editel IT Unicorn University Marek Bernek. Prbn jim s tm pomhala destka student.

Detektor stic je klovou soust urychlovae, na kterm se uskuten dal kolo experimentu ATLAS. Nevhodou tohoto detektoru je, e je umstn hluboko v zemi a jakmile se experiment rozjede, tak se k nmu deset let nesm. Navc je sloen z piblin milionu soustek, kter bhem experimentu nelze vymnit nebo opravit, protoe jsou vysoce radioaktivn, upesuje Vladimr Kov, majitel spolenosti Unicorn.

Informan systm ITk Production Database slou k evidenci digitlnch dvojat soustek, kter tvo vnitn detektor experimentu ATLAS. To znamen, e kad prvek, z nho je detektor sloen, je podroben nkolikansobn kontrole a duplikaci, co zahrnuje dkladn kontroly a testovn od vroby po instalaci. Digitln dvoje pstroje obsahuje podrobn seznam vech soustek vetn nejmench roubk a ip, a dokonce i pouitho lepidla. Systm tak sleduje trasu, kterou jednotliv komponenty do CERN putovaly, co je klov pro zajitn bezchybnho fungovn detektoru po celou dobu desetiletho experimentu. Vichni zastnn odbornci se shoduj, e pesn, striktn a formln evidence je sprvn cesta, dodv Vladimr Kov.

Hledn stic temn hmoty

CERN je domovem nejvtho a nejsloitjho experimentlnho zazen na svt Velkho hadronovho urychlovae (LHC). Nachz se nedaleko vcarsk enevy ve 100 metr hlubokm tunelu, kter m obvod 27 kilometr. V jeho trobch se uskuteuj srky proton, je vdcm umouj pozorovat, co se ve vesmru odehrvalo bezprostedn po velkm tesku. V hlavnm urychlovacm prstenci LHC jsou protony urychlovny tm na rychlost svtla. K udren proton na kruhov drze a jejich dalmu urychlovn slou siln elektromagnetick pole, generovan supravodivmi magnety, vysvtluje Marek Bernek, editel IT na Unicorn University.

Urychlova stic obsahuje nkolik detektor, v nich dochz ke srkm proton, a vdci sleduj, co se s sticemi dje. Nejvtm z detektor je prv ATLAS, kter se me pochlubit impozantnmi rozmry: je vysok 25 metr, dlouh 45 metr a v 7 tisc tun. Bhem experimentu v nm kadou sekundu probh vce ne miliarda interakc stic, co odpovd rychlosti penosu dat srovnateln s tm, jako by v jeden moment vichni lid na Zemi vedli 20 simultnnch telefonnch hovor.

Pouze jedna z milionu srek v detektoru je vyhodnocena jako potenciln zajmav a je uloena pro dal studium. Detektor sleduje a identifikuje stice, kter jsou klov pro zkoumn irok kly fyziklnch jev vetn studia Higgsova bosonu, top kvarku, a pro hledn dalch rozmr a stic tvocch temnou hmotu. ATLAS je navren tak, aby dokzal pozorovat a 1,7 miliardy proton-protonovch srek za sekundu, piem celkov objem dat pesahuje 60 milion megabajt za sekundu.

Rozhodnut o uchovn dat z udlosti je uinno mn ne 2,5 mikrosekundy po jejm vzniku. Bhem tto krtk doby jsou data o udlosti doasn uloena ve vyrovnvac pamti. Pokud je udlost vyhodnocena jako relevantn, pedv se softwarovmu spouti druh rovn, kter me zpracovat a 100 tisc udlost za sekundu. Tento spout provd bhem pouhch 200 mikrosekund velmi podrobnou analzu kad zaznamenan kolizn udlosti, zkoum data z konkrtnch oblast detektoru. Nakonec vybr piblin tisc udlost za sekundu, kter jsou pedny do systmu pro ukldn dat, kde probh jejich offline analza. A prv pi nedvn rekonstrukci vnitnho detektoru, kter mla za cl zvit jeho vkonnost a umonit vdcm odhalit dal informace, se na tomto procesu podlel tak tm student z Unicorn University, vysvtluje Bernek.

Dokonalej systm dky eskm studentm

Dky novmu systmu ITk Production Database, vytvoenmu v digitln stavebnici Unicorn Universe a provozovanmu na internetov slub Plus4U, maj vdci k dispozici detailn informace o vyrobench soustkch. K dnenmu dni systm obsahuje zznamy o tm 800 tiscch soustkch a 9 milionech provedench testech. V beznu 2024 bylo do systmu pidno 4 GB dat a z nj bylo staeno vce ne 105 GB dat. Bhem roku 2023 bylo v aplikaci sputno pes 85 milion operac a jen za prvn ti msce roku 2024 dalch 20 milion. Tyto daje ilustruj klovou roli systmu v operacch detektoru, uvd Bernek a dodv, e systm nyn vyuv vce ne 1,1 tisc uivatel z piblin 140 instituc po celm svt, co ukazuje na jeho zsadn vznam pro mezinrodn fyzikln spoleenstv.

Navc vznikaj destky dalch softwarovch produkt, kter vyvjej vdeck instituce se zamenm pedevm na analzu dat uloench v naem informanm systmu, ke kterm pistupuj pes API (aplikan rozhran). Jedn se o rzn analytick nstroje v Pythonu a dalch programovacch jazycch, kter umouj vdcm efektivn analyzovat shromdn data a extrahovat z nich cenn informace pro dal vzkum. A to by bez na jedinen architektury nebylo mon, uzavr Bernek.

Digitln stavebnice Unicorn Universe a architektura

Na softwarov architektue, kter tvo jdro digitln stavebnice Unicorn Universe, pracuje majitel Unicornu Vladimr Kov ji od roku 2014. Vdy bylo mou hlavn motivac vyrbt softwarov een tovrnm zpsobem, zkrtka to sekat jako Baa cviky. Jsem tak velkm fanoukem stavebnice Lego a kdy toto spojte s internetem vc, cloudovmi technologiemi a rznmi koncovmi zazenmi, jako jsou mobily, notebooky, chytr televize a tablety, kter pouvaj HTML5 a JavaScript, zskte zklady pro vytvoen na stavebnice, popisuje Kov. Dodv, e krom een pro CERN jeho tmy systematicky vyvjej i dal produkty, jako jsou vzdlvac online kurzy Red Monster, zelen energetick certifikty nebo systmy Damas pro obchod s elektinou. Loni jsme postavili v na architektue takovch systm 92, uzavr Kov.

Podpora inovac a vzdlvn

Zapojen student a vdeckch instituc do vvoje ITk Production Database nejen podporuje technick pokrok projektu, ale tak poskytuje cenn vzdlvac pleitosti pro budouc generace vdc. Na projektu se podlela zhruba destka student z Unicorn University. Nkte z nich mli vvoj aplikace pro CERN jako tma bakalsk nebo diplomov prce, jin vvoj zahrnuli do sv praxe. Spoluprci Unicorn University s tak prestin instituc, jakou je CERN, zattily veejn instituce, VUT, Akademie vd a Karlova univerzita.

Unicorn University je renomovan soukrom vysok kola, kter nabz kvalitn vysokokolsk vzdln v oblasti informanch technologi, byznysu a datov analzy. Sousted se na systematick vzdlvn odbornk v akreditovanch bakalskch a magisterskch programech s clem maximalizace konkurenn vhody pro jejich budouc uplatnn. Promylen vzdlvac systm dn shrnuje a pedv vyven komplex znalost sloen ze standard dobr odvtvov praxe, aplikovan vzkumn innosti, korportnho pstupu a partnersk spoluprce s oborovmi leadery.