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Princeton to lead new software institute to enable discoveries in high-energy physics

目标创造下一代的计算能力来支持高能物理研究中,美国国家科学基金会(NSF)今天宣布,普林斯顿大学将领导一个新的同意联合研究所17的研究型大学被称为高能物理研究和创新软件(IRIS-HEP)。

该研究所将开发计算软件和专业技术,使世界上最强大的物理实验——位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)——进入一个发现的新时代。

在未来的八年里,大型强子对撞机将得到一个重大的升级,称为高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)项目。HL-LHC实验将寻找暗物质,更广泛地说,将寻找新的粒子、相互作用和物理原理。在未来5年里,用于IRIS-HEP的2500万美元资金将推动数据分析和算法方面的创新,这对处理HL-LHC生成的大量数据至关重要。

Peter Elmer

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普林斯顿大学的计算物理学家彼得·埃尔默(Peter Elmer)解释说,需要高速计算来梳理欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(large Hadron Collider)在高能物理研究中创建的大型数据集。

“这真的是一个大写的B-I-G大数据,”普林斯顿大学(Princeton University)计算物理学家、该研究所首席研究员、欧洲核子研究中心(CERN)研究员彼得埃尔默(Peter Elmer)说。“要找到极其罕见的‘大海捞针’信号,就需要大量的数据,这些信号可能表明存在新的物理现象。”但要全面研究这些数据,我们需要更强大的软件工具和算法。我们还需要最大限度地利用不断发展的高性能计算环境和机器学习等新工具。在机器学习中,计算机研究现有的数据集,以学习适用于新数据和新情况的规则。”

2012年,大型强子对撞机发现了希格斯玻色子粒子,这是粒子物理学标准模型(Standard Model of particle physics)的最后一部分,该理论描述了自然界的基本组成部分及其相互作用。埃尔默说:“物理学家们渴望认识到大型强子对撞机的全部潜力,看看标准模型之外还有什么。”

他说:“我们计划在物理方面做的事情,将比我们在发现希格斯粒子方面做的事情要复杂得多。”“在高亮度时代,大型强子对撞机探测器将同时记录下大量重叠的粒子碰撞。在这些事件中,我们将挑选出最有趣的事件进行进一步的研究。我们有效选择的能力完全取决于我们的计算资源的强度和复杂性;IRIS-HEP将确保我们拥有合适的工具来完成这项工作。”

IRIS-HEP将总部设在普林斯顿计算科学与工程研究所(PICSciE),否则将是一个虚拟的研究所,通过网络和会议定期连接实验、国家和学科。

PICSciE主任兼地球科学、应用和计算数学教授Jeroen Tromp说:“该研究所将成为一个智力中心,在高能物理和计算科学之间建立令人兴奋的跨学科交流。PICSciE期待以虚拟和现场研讨会、暑期学校和研讨会的形式,帮助相关的计算机和数据科学教育和培训。”

赠款包括用于培训、教育和扩大服务的资金,包括向普通公众提供的资金,该研究所还将努力提高妇女和少数族裔在高能物理学方面的参与。

“NSF创建这个研究所决定支持新的高能物理研究是非常重要的对我们的能力做出新发现宇宙的本质,“研究Pablo Debenedetti普林斯顿的院长说,谁是1950级教授在工程和应用科学和化学和生物工程学教授。

他说:“研究所将开发出分析大量数据的方法,这些方法将被用于科学研究的许多领域,不仅有利于物理学,还将解决许多其他研究问题。”“我感到骄傲的是,普林斯顿大学将带头组织这个研究所,把这么多领先的研究机构聚集在一起,开发数据科学的新方法。”

A visualization of data from a simulation of a possible signal for new physics in the CMS detector at the High-Luminosity LHC

在高亮度大型强子对撞机的CMS探测器中,对可能的新物理信号的模拟数据的可视化。LHC探测器在接收信号的同时,平均可以观测到多达200次背景碰撞,这使得数据分析变得更加复杂。

“即使是现在,物理学家也不能把大型强子对撞机产生的所有东西都储存起来,”美国国家科学基金会负责监督IRIS-HEP奖的项目官员博格丹米哈伊拉(Bogdan Mihaila)说。“复杂的处理帮助我们决定保存和分析哪些信息,但即使是这些工具也无法处理2026年我们将看到的所有数据。我们必须变得更聪明,提高我们的水平。这就是新软件研究所的意义所在。”

IRIS-HEP项目将由计算机和信息科学与工程理事会高级网络基础设施办公室在国家科学基金会内共同资助;以及数学和物理科学理事会的物理部门。

除了普林斯顿大学,IRIS-HEP项目将包括参与者从康奈尔大学,印第安纳大学,麻省理工学院,纽约大学,斯坦福大学,加利福尼亚大学圣地亚哥加州大学圣克鲁兹大学、芝加哥大学辛辛那提大学伊利诺伊大学香槟分校,而大学布拉斯大学波多黎各大学、华盛顿大学威斯康星大学麦迪逊分校