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Tesi etd-11112013-164350


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
PANTALEO, FELICE
email address
felice.pantaleo@cern.ch
URN
etd-11112013-164350
Title
Development of a parallel trigger framework for rare decay searches
Struttura
FISICA
Corso di studi
FISICA
Supervisors
relatore Prof. Sozzi, Marco
Parole chiave
  • GPU
  • parallel
  • framework
  • trigger
  • real-time
  • NA62
  • Lepton Flavor Violation
Data inizio appello
12/12/2013;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
L'esperimento NA62 rappresenta il programma attuale di test del Modello Standard mediante lo studio del mesone K al CERN di Ginevra e offre un approccio complementare rispetto agli esperimenti alla frontiera delle alte energie al Large Hadron Collider.

L'obiettivo dell'esperimento NA62 è misurare il rapporto di decadimento per il processo
K + → π+ ν ν con una precisione del ∼10%. Essendo il valore previsto dal Modello Standard determinato con elevata precisione, la misura di questa quantità risulta essere un ottimo modo per investigare l'esistenza di nuova Fisica. In modo complementare a questo programma principale, la semplicità dei decadimenti del mesone K + (pochi canali di decadimento e bassa molteplicità nello stato finale), offre la possibilità di raggiungere ottime sensibilità nelle ricerche di decadimenti che violano la conservazione del sapore leptonico.
Le caratteristiche sperimentali di decadimenti come K + → π- μ+μ+ sono molto chiare e permettono una efficace reiezione del fondo.

Tuttavia, per misurare eventi di questo tipo è necessario produrre un numero considerevole di decadimenti del mesone K + .
La banda in scrittura su disco rigido o nastro magnetico disponibile attualmente non consente la memorizzazione di tutti gli eventi prodotti e risulta necessaria una selezione a più stadi degli eventi potenzialmente interessanti (trigger).
In NA62, una prima selezione viene effettuata in tempo reale (tempi di risposta inferiori ad 1ms) dal cosiddetto trigger di livello 0, basato su logica programmabile (FPGA), che non permette la stessa flessibilità dei processori utilizzati per i calcolatori programmabili utilizzando software.
Le prestazioni delle architetture parallele come le CPU multi-core e le GPU (Graphics Processing Unit) presenti sulle schede grafiche dei calcolatori, sono promettenti per un eventuale utilizzo di queste piattaforme per il riconoscimento di patterns più elaborati come ad esempio la ricostruzione di circonferenze, dovute a luce Čerenkov, all'interno del rivelatore RICH di NA62.

Nella prima parte della mia tesi ho effettuato uno studio di fattibilità sulla possibilità di utilizzare le GPU in un contesto di alta banda di eventi e bassa latenza, quale quello del trigger in tempo reale. A NA62 questo studio ha richiesto lo sviluppo di algoritmi paralleli diversi e sempre più complessi, per determinare le prestazioni e trovare i possibili colli di bottiglia di un sistema di questo tipo.


Descrivo poi lo sviluppo di un framework software ad alte prestazioni, che utilizza tecniche di programmazione multithreaded e drivers di rete veloci per il trasporto delle primitive di trigger dall'elettronica di front end alla memoria della GPU per l'elaborazione e la selezione degli eventi.

Infine, è descritto l'utilizzo del sistema sviluppato per la selezione di decadimenti K + → π- μ+μ+
tramite l'impiego di un algoritmo per il riconoscimento di più anelli nel rivelatore RICH.
Al fine di determinare l'efficienza di selezione del decadimento ho studiato l'efficienza di reiezione del fondo e l'accettanza per gli eventi di segnale al variare di alcuni parametri di selezione, determinando i vantaggi di questo approccio innovativo.
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