探測器與儀器

觸發與資料擷取系統(trigger and data-acquisition system)

/ DAQ = dack /

設想一台每秒拍下四千萬幀的監控攝影機——遠遠超過任何硬碟所能存下的量,而且其中幾乎每一幀都沒有任何值得關注的東西。你會需要一套聰明的系統,盯著即時畫面,即時地把無聊的幀丟掉,只保存那寥寥幾幀要緊的。這正是現代對撞機面臨的難題,而觸發與資料擷取系統就是答案:它在一瞬間決定哪些碰撞值得保留,再把這些倖存的資料運往儲存。

數字是觸目驚心的。在大型強子對撞機上,質子束團每秒交叉約四千萬次,要記錄每一次交叉,就意味著每秒拍位元組級的資料——完全不可能存下。觸發系統就是阻止這件事的快速過濾器。它通常分級工作:第一級由定製電子學構成,在幾微秒內查看粗略的資訊,否決掉絕大多數交叉;較後的一級在大型電腦叢集上執行軟體,更仔細地檢視倖存者,大概每秒留下幾百到幾千個事件。資料擷取系統(DAQ)則是管路系統,它為一個被接受的事件讀出每一個探測器通道,把數以百萬計的碎片組裝成一份連貫的紀錄,寫入儲存以備日後分析。

這一環節在教科書裡是看不見的,在實踐中卻是絕對決定性的:一項你沒能觸發到的發現,就是一項你壓根沒有記錄下來的發現。因此設計觸發是一樁高風險的遠見之舉——你必須事先決定一種新現象會是什麼樣子,因為任何被丟掉的東西都永遠消失了。一個發人深省的提醒:觸發引入了一種無法避免的偏倚。實驗只能研究它選擇保留的東西,所以一個設計糟糕的觸發,可能會讓實驗對那些不符合其預期的真正新物理視而不見。

在ATLAS,每秒約四千萬次的束團交叉中,觸發只保留約一千次。第一級硬體在幾微秒內對高能緲子或大能量沉積的跡象做出回應;隨後軟體一級檢視這些事件,把值得佔用儲存的那些保存下來。

每秒四千萬次碰撞進來;一千次被記錄下去。

觸發幾乎不可逆地丟棄一切,因而帶來一種偏倚:一個實驗永遠只能研究它事先選擇保留下來的那些事件。

又稱
triggerDAQ触发系统資料擷取