Um sistema de filtragem online de elétrons desenvolvido por pesquisadores da Coppe/UFRJ foi escolhido como referência para ser utilizado pelo Atlas, experimento de detecção de partículas instalado no Cern, o laboratório que investiga a origem do universo. Denominado Neuralringer, o sistema possibilitará novas descobertas com menor custo financeiro para o Cern, que no momento está ampliando o número de choques entre prótons para aumentar os eventos físicos, essenciais à investigação e descoberta de possíveis novas partículas.
O sistema desenvolvido no Brasil permite decidir a cada 10 milissegundos quais informações reter dentre os mais de 60 Terabytes de informação geradas a cada segundo nas passagens de feixes de partículas conduzidas no laboratório. Os pesquisadores do Cern querem aumentar o número de eventos por colisão de 25 para 200, até 2024, o que aumentaria exponencialmente o volume de dados de interesse científico gerados. Criado dentro do conceito de redes neurais, o Neuralringer permite encontrar as "agulhas" (eventos físicos de interesse) neste "palheiro" que não para de crescer.
“A expectativa para 2018 é que o número de eventos por colisões salte de 25 para 88, sendo fundamental a calibração do algoritmo para a reconstrução dos eventos selecionados pela filtragem online, uma etapa muito importante da calorimetria”, ressalta o professor de Engenharia Elétrica da Coppe, José Manoel de Seixas, coordenador da equipe brasileira no Atlas.
No último mês de dezembro, um projeto de pesquisa visando o aperfeiçoamento do algoritmo do Neuralringer foi aprovado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e pelo Comitê Francês de Avaliação da Cooperação Universitária com o Brasil (COFECUB). O edital prevê o intercâmbio de pesquisadores da Coppe, da Université Paris VI (Pierre e Marie Curie) e da Université Clermont-Ferrand (Blaise Pascal), com duração de quatro anos (de 2018 a 2021).
O Atlas, que em outubro de 2017 completou 25 anos de existência, tem tido um importante papel em descobertas recentes. Foi realizada no Atlas a pesquisa que detectou, pela primeira vez em um experimento com alta energia, o fenômeno da dispersão da luz pela luz, previsto pela teoria quântica, porém negado pela teoria eletromagnética. O experimento também teve uma relevante contribuição na descoberta do bóson de Higgs - a chamada "partícula de Deus". A comprovação da existência desta partícula rendeu aos cientistas Peter Higgs e François Englert o Prêmio Nobel de Física de 2013.
Sistema brasileiro reduz entre 2 a 6 vezes a demanda por processamento de dados
Segundo o professor Seixas, a grande vantagem do Neuralringer é que a filtragem, realizada online, já possibilita decidir se a informação é potencialmente útil, reduzindo a demanda computacional para coletar e preservar este enorme volume de informação. O sistema desenvolvido na Coppe também poupa muitos recursos de filtragem online, porque ele reduz entre 2 a 6 vezes a demanda por processamento de dados, dependendo da região do detector e da energia. "Se você jogar fora uma informação gerada neste processo, você nunca mais irá resgatá-la, por isso a filtragem é um processo de escolha muito sensível e muito importante", alerta Seixas.
De acordo com o professor Seixas, o processo de reconhecimento de partículas se dá por reconhecimento de padrão. Ao multiplicar o número de colisões, o volume de informações aumentaria exponencialmente, exigindo a ampliação da "farm", jargão utilizado pelos pesquisadores referindo-se aos milhares de computadores utilizados para processar milhões de informações geradas pelo Atlas.
"Estamos desenvolvendo esse sistema, baseado em redes neurais, desde 1991. Ele engloba vinte redes neurais que operam simultaneamente para cada seção do detector de partículas, permitindo o uso mais eficiente do calorímetro (absorve a energia das partículas), e menor utilização do tracking, seção do Atlas que exige mais capacidade computacional”, explica Seixas.
Contribuição brasileira no Atlas
A equipe de pesquisadores brasileiros atua no Atlas com eletrônica embarcada, com 16 camadas de circuitos impressos, instalados no hardware, que são produzidos no Brasil, tendo sido projetados e testados na Coppe, em colaboração com a Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF). Também trabalha na filtragem online de alto nível (HLT - high level trigger).
"O HLT tem dois mil computadores com core quádruplo. Ao todo, são oito mil núcleos operando simultaneamente. Como o sistema reduz a necessidade de ampliação da farm, deixa-se de comprar até dez mil computadores com core quádruplo. Uma economia que pode chegar a 80 mil dólares", esclarece o professor.
Com 22 metros de altura, 44 metros de comprimento e 7 mil toneladas, o Atlas é o maior dentre os conjuntos de detectores de partículas que atuam no Large Hadron Collider (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo, com 27 km de extensão. Estes enormes equipamentos estão á disposição da comunidade científica internacional no Cern (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), o mais importante laboratório de física de partículas do mundo, responsável pelo desenvolvimento do protocolo www, aceito internacionalmente como padrão para navegação na internet, e pela descoberta do bóson de Higgs, conhecida como "a partícula de Deus", a qual permite que matéria tenha massa.
Coppe e Cern: três décadas de parceria
A parceria entre a Coppe e o Cern começou há três décadas, com a participação de alguns de seus pesquisadores no desenvolvimento de circuitos analógicos e digitais para o calorímetro Spacal. Em 1988, um grupo formado pelos professores da Coppe, Zieli Dutra, Luiz Calôba, e Jano Moreira, visitou pela primeira vez as instalações do Cern, na Suíça. A partir de então ficou estabelecida à parceria mantida até hoje com vários projetos comuns. Também participou da visita o professor Fernando Marroquim, do Instituto de Física (IF/UFRJ).
