触发与数据采集系统(trigger and data-acquisition system)
/ DAQ = dack /
设想一台每秒拍下四千万帧的监控摄像机——远远超过任何硬盘所能存下的量,而且其中几乎每一帧都没有任何值得关注的东西。你会需要一套聪明的系统,盯着实时画面,实时地把无聊的帧丢掉,只保存那寥寥几帧要紧的。这正是现代对撞机面临的难题,而触发与数据采集系统就是答案:它在一瞬间决定哪些碰撞值得保留,再把这些幸存的数据运往存储。
数字是触目惊心的。在大型强子对撞机上,质子束团每秒交叉约四千万次,要记录每一次交叉,就意味着每秒拍字节级的数据——完全不可能存下。触发系统就是阻止这件事的快速过滤器。它通常分级工作:第一级由定制电子学构成,在几微秒内查看粗略的信息,否决掉绝大多数交叉;较后的一级在大型计算机集群上运行软件,更仔细地检视幸存者,大概每秒留下几百到几千个事件。数据采集系统(DAQ)则是管路系统,它为一个被接受的事件读出每一个探测器通道,把数以百万计的碎片组装成一份连贯的记录,写入存储以备日后分析。
这一环节在教科书里是看不见的,在实践中却是绝对决定性的:一项你没能触发到的发现,就是一项你压根没有记录下来的发现。因此设计触发是一桩高风险的远见之举——你必须事先决定一种新现象会是什么样子,因为任何被丢掉的东西都永远消失了。一个发人深省的提醒:触发引入了一种无法避免的偏倚。实验只能研究它选择保留的东西,所以一个设计糟糕的触发,可能会让实验对那些不符合其预期的真正新物理视而不见。
在ATLAS,每秒约四千万次的束团交叉中,触发只保留约一千次。第一级硬件在几微秒内对高能缪子或大能量沉积的迹象做出响应;随后软件一级检视这些事件,把值得占用存储的那些保存下来。
每秒四千万次碰撞进来;一千次被记录下去。
触发几乎不可逆地丢弃一切,因而带来一种偏倚:一个实验永远只能研究它事先选择保留下来的那些事件。