Fisica experimental

Física experimental de altas energías o física de Terabytes*
Arturo Fernández Téllez, FCFM-BUAP
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Se presenta una descripción del programa de reconstrucción de los datos obtenidos por el experimento E791 de Fermilab, así como el método utilizado para poder analizar y producir resultados finales del total de la muestra recolectada y almacenada por este experimento: alrededor de 50Terabytes (50 x 10e6 Megabytes) de información.

Introducción
El Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), localizado en Batavia, Illinois, Estados Unidos, es un centro de investigación dedicado al estudio de la física experimental de altas energías. Esta área de la física tiene como objetivo principal conocer la naturaleza y el comportamiento de los constituyentes básicos de la materia. Estosentes, llamados partículas elementales, componen todo lo que podemos ver a nuestro alrededor y cualquier objeto que forme parte del Universo. Estudiar las características físicas de las partículas elementales, nos permite plantear preguntas tan fundamenales como: ¿por qué el Universo tiene la actual estructura?, ¿conocemos todas las partículas elementales de la Naturaleza?
Los experimentos quese realizan en la física experimental de altas energías consisten esencialmente en medir y analizar las propiedades físicas de un tipo especial de partículas que se generan al acelerar haces de partículas a muy altas energías y hacer chocar estos haces entre sí o con materiales de alta densidad. Las partículas generadas mediante estos choques, pasan por un conjunto de detectores estratégicamentecolocados alrededor de la zona de colisión; los cuales, a su vez, están conectados a un sistema de adquisición de datos que almacena en cintas magnéticas lo sucedido en estas colisiones. Nosotros definimos a un evento físico como todo lo sucedido en una colisión. Entonces, si tomamos en cuenta que el sistema de adquisición de datos permanece en funcionamiento día y noche durante largos periodosde tiempo (de 5 a 8 meses) y que en los haces existen millones de partículas, la cantidad de eventos almacenados durante el periodo de toma de datos es realmente enorme. Una vez terminada la toma de datos, el pimer paso es reconstruir lo sucedido y posteriormente analizar físicamente los acontecimientos. En este artículo nos concentraremos en la descripción de la primera tarea.

El programa dereconstrucción de eventos
Entre 1991 y 92, el experimento E791 de Fermilab recolectó durante aproximadamente 8 meses una gran cantidad de datos: alrededor de 20 mil millones de eventos físicos almacenados en 24,000 cintas magnéticas de 8 mm de tipo Exabyte. Si cada cinta contiene en promedio 1.2 Gigabytes, tendremos que este experimento tuvo como una de sus principales metas reconstruir yanalizar eventos físicos almacenados en 50 Terabytes. Como es de esperarse, este trabajo requirió de un sistema de cómputo bastante poderoso para llevar a buen fin esta tarea: se requirió de una potencia de cómputo de 10,000 mips (millones de operaciones por segundo) por año, durante 2.5 años. En este periodo de tiempo el proceso de reconstrucción se llevó a cabo en cuatro instituciones colaboradorasdel E791[1]. Cada lugar contó con clusters de estaciones de trabajo con sistemas operativos UNIX o RISC, conectadas entre ellas mediante tarjetas Ethernet. Estos conjuntos de computadoras, que comúnmente son llamados ``granjas'', fueron diseñados para incrementar la velocidad de ejecución de operaciones por segundo. Es importante comentar en este punto que en el Fermilab se decidió construir lasgranjas en lugar de adquirir una supercomputadora o algún otro sistema con varios CPU's conectados en paralelo. En esta decisión se involucraron dos cosas: la primera fue que en aquel tiempo (principio de los 90's) el altísimo costo de una supercomputadora (del orden de varios millones de dólares) hacía prohibitiva su compra; y en segundo lugar estuvo el que, si bien las supercomputadoras son muy...