Поведен итог основам технологической схемы измерений фильмовых информации с трековых детекторов, касающимся сборки файлов DST, исходных для дальнейшего кинематического анализа.
Работа выполнена в Лаборатории высоких энергий ОИЯИ и в Лаборатории вычислительной техники и автоматизации ОИЯИ.
Технология фильмовой обработки сложилась в течение последних 20 лет совместными и независимыми усилиями многих групп физиков - экспериментаторов.
Как правило, фотопленки с пузырьковой камеры, 2-3 пленки с 2-3-х объективов, называемые обычно пленкой с проекциями (видами), просматриваются физиками на просмотровых столах с большим увеличением (1-ый просмотр). Cобытия, в которых могут быть интересные частицы или взаимодействия, тщательно зарисовываются и передаются для координатных измерений на измерительные полуавтоматы (ПУОСы). По результатам измерений программой GEOFIT реконструируются траектории частиц в прострнстве камеры.
Участие физика в процессе воостановления физической картины заключается в том, что результаты GEOFIT'а являются набором предположений о частицах, исходящих только из геометричесих соображений. Физик же пытается собрать из них картину, учитывая также информацию, геометрической программе недоступную, касающуюся плотности треков, возможности или невозможности определенной интерпретации взаимодействий. Для этого надо опять брать пленку, опять смотреть события, уже имея под рукой листинг GEOFIT'а (2-й посмотр).
Не факт, что измерение на полуавтомате было сделано качественно. Не по неумению, а по причине большой сложности снимков (много треков, возможно перепутывание, много посторонних треков, много пятен и т.д.). Поэтому при сомнениях событие возвращается на перемер (полностью или некоторых треков). Возможно также, что обнаружилось, что имеется еще трек, относящийся к событию (среди большого количества посторонних) и без которого событие объяснить и реконструировать (т.е. применить все законы сохранеия для получения вычисляемых характеристик треков) невозможно. Тогда делается домер, называемый на языке экспериментаторов также перемером.
Результат перемера пропускается через GEOFIT и взяв полученный листинг, физик опять садится к просмотровому столу, пытаясь разобраться в событии (3-й просмотр). На этом процес зацикливается до удовлетворительности.
Удовлетворительное описание события может быть не единственным (это же и является в принципе нерешенной проблемой). С другой стороны, возможно полное описание и не требуется физику. Он эксплуатирует фрагменты, встречавшиеся в потоке событий, например, считает среднюю величину и дисперсию массы К-мезонов или частоту определенного канала распада выбранной частицы.
Поэтому физикам полезно отобрать качественные измерения, предположитедьно вполне описывающие события для многократного обращения к ним в дальнейшем. Такой файл обычно называется DST ("data set tape", как след того времени, когда файлы хранились на магнитых лентах).
Можно заметить, что еще в программе GEOFIT
относительно каждого трека делается несколько гипотез о каждой оставившей
след частице (протон либо пи-мезон либо др.) и соответственно о ее импульсе
в каждом случае (величина, углы вылета из точки взаимодействия) и нет причин
(геометрически) выделить одну из них. Технологически же выделить этот этап
выгодно, так как здесь решаются вопросы, связанные с учетом неоднородности
магнитного поля, особенностей оптики объективов (расположение оптических
осей, дисторсии, нелинейность), статистические проблемы аппроксимации измерений
с известными распределениями ошибок измерений и учета такго внутренне присущего
трековому детектору источника ошибок реконструкции характеристик частиц
в точке взаимодействия, как рассеивания частиц в среде камеры.
Поскольку этап по определению промежуточный, никакие возможности дальнейших уточнений устройства событий не должны быть потеряны. После GEOFIT'а остается всего лишь набор гипотез относительно треков без указаний о возможной связи между ними. В файле DST также имеются лишьданные о треках - координаты и импульсы - для некоторых из них сохраняются альтернативные гипотезы (вместе с соответствующими вероятностями).
С самого начала, с первого просмотра, критерием понятости события является наличие версии реконструкции его схемы. В физике элементарных частиц дело упрощается тем, что схема полного события - дерево, в узлах его могут быть взамодействия частиц с ядрами вещества камеры или распады. С другой стороны, имеется достаточно полный справочный набор схем элементарных взаимодействий для всех частиц с указанной относительной частотой каналов. Само собой напрашивается попытаться скомбинировать их, чтобы получить наблюдавшиеся треки.
Результат можно ожидать многовариатный. Некоторые частицы могут (сами) не оставлять следов (нейтральные, короткоживущие), относительно других изначально - после GEOFIT'а - нет однозначной гипотезы. Можно предполагать, что необходимое вторичное взаимодействие (распад) произошло, но за пределами камеры. В результате после полного перебора сохранятся несколько вариантов (но со своими вероятностями). Могут при этом быть фрагменты, не обязательно входящие во все варианты. По принципу неисключения возможностей они должны сохраниться.
Автоматическая реконструкция предлагается
как часть полуавтоматической системы. Точно также, как визуализацию события
на экране дисплея, программа может выдать список альтернативных его схем
с указание доверительных вероятностей. Собсвенно, более или менее способность
к реконструкции должна быть у программ, считающих, например, относительную
частоту каналов распадов, том более при опрелеленных физиком условиях.
Технология обработки на старых машинах приводила к многочисленным потерям из-за ненадежности оборудования. Требовалось пересчитать заново события, при этом внутренняя нумерация событий становилась неадекватной. Работа с листингами, которые могут быть утеряны и чтобы их возобновить требуется повторный счет, также ведет к несоответствию номеров событий в базе данных номерам на листингах у физика.
Для сборки DST после просмотров составляется INPUT - файл, в котором для каждого событя указывается физиком, что в нем нужно убрать, что объединить из перемера. В сложных событиях это не автоматизируешь с необходимой полнотой, человек, как распознаватель сложного образа неустраним. Но составленная таким образом числовая инструкция по сборке события моет служить формальным критерием поиска утерянных соответствий - соответствие считается найденным, если при нем возможно выполнение этой инструкции. По предположению, информация в базе данных есть, по смыслу лишней работы никто долать не захочет, поэтому, в основном, соответствие будет восстановлено и единственным образом.
Исправление ошибок в INPUT - файлах похоже на восстановление потеряных соответствий. Если выполнить инструкцию физика невозможно, можно учесть, например, возможность неправильной нумерации треков (поскольку взятие перемера может подразумевать перенумерацию). Избыточность информации - программа имеет доступ к базе данных и знает, например, что указанный резонанс может распдаться только на предписанные частицы, а кадидат на соответствие оперделяется, как правило, однозначно.
Известный тезис - во всем, что пишет
человек, может быть ошибка - в действительности говорит о том, что программы
всегда должны проверять, а если это не опасно, то и исправлять ошибки.
Варианты, получаемые методом перебора,
точнее, бэктрекинга, образуют в семантическом пространстве частично упорядоченное
множество, на котором имеется структура решетки. Обыденно используемые
представления о фрагментации и используемости фрагментов во включающих
их структурах в действительности имеют дело со структурой идеалов (или,
двойственно, фильтров) на этой решетке, порождающей башни идеалов, изучение
которых соответствует решению проблемы разрешимости проблемы распознавания
структурных логических образов.