Van animatiefilm naar deeltjesversneller

Van animatiefilm naar deeltjesversneller

Opening Academisch Jaar 2022: Hustinxprijs voor computerwetenschapper Daniel Cámpora

05-09-2022 · Interview

MAASTRICHT. Wat begon als een idee in zijn studententijd, groeide uit tot een belangrijk onderdeel van een van ’s werelds grootste en duurste experimenten. Daniel Cámpora ontving tijdens de opening van het academisch jaar de Edmond Hustinxprijs van vijftienduizend euro voor zijn werk op het raakvlak van computerwetenschap en deeltjesfysica.

“Ik houd ervan om dingen sneller te maken”, vat de Spaanse Daniel Cámpora zijn werk samen. Die dingen zijn computers. Of preciezer: computers die grote hoeveelheden gegevens zelfstandig moeten analyseren en verwerken.

Het resulteerde de afgelopen jaren in een “record-breaking systeem in de wereld van de deeltjesfysica”, in de woorden van de Maastrichtse wetenschappers die hem voordroegen voor de Hustinxprijs. Ze verwijzen naar het zogeheten Allen-programma, dat Cámpora bedacht en samen met collega’s ontwikkelde. Momenteel vormt het een belangrijk onderdeel van een groot experiment bij de deeltjesversneller van CERN in Genève, het instituut waar Cámpora tien jaar werkte, voordat hij – na een korte tussenstop bij Nikhef in Amsterdam – twee jaar geleden naar Maastricht kwam.

Terwijl hij geen natuurkundige is, benadrukt hij. Tijdens zijn opleiding tot computerwetenschapper in Sevilla volgde hij geen enkel vak over deeltjesfysica. Hoe kwam hij dan toch bij het vermaarde CERN terecht? “De deeltjesversneller produceert enorme hoeveelheden data, die allemaal door computers verwerkt worden. Het leek me interessant om daarmee te werken, dus solliciteerde ik op een stageplaats.” Die kreeg hij, waarop nóg een stage en uiteindelijk een promotieplek volgden. “Dankzij mijn achtergrond zag ik mogelijkheden waar fysici niet opkwamen.”

Overtuigen

Bijvoorbeeld het uitvoeren van berekeningen op grafische kaarten (zogeheten GPU’s), een klusje dat bij CERN doorgaans wordt uitgevoerd door processors (CPU’s). “Toen ik bij CERN begon, waren grafische kaarten al een tijdje in opkomst, onder andere voor het maken van animatiefilms en computerspellen. In tegenstelling tot processors kunnen ze meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren. Ik realiseerde me dat ze hierdoor ook de gegevens van de deeltjesversneller veel sneller zouden kunnen verwerken.”

Van zijn begeleider kreeg hij de ruimte om zijn idee uit te werken. “Geweldig dat ik die kans kreeg. Het koste veel tijd en energie, terwijl succes niet gegarandeerd was.” Met een team van voornamelijk studenten en promovendi ontwikkelde hij de benodigde software, die uiteindelijk in ‘Allen’ uitmondde. Na zo’n twee jaar sleutelen, bleek dit programma zo succesvol dat ook andere wetenschappers geïnteresseerd raakten. “Maar iedereen overtuigen om je nieuwe systeem daadwerkelijk in te zetten bij experimenten, is een ander verhaal. De deeltjesversneller is een zeer duur apparaat, en veel onderzoek is ervan afhankelijk. Alles moet vanaf het eerste moment foutloos werken.”

Spannend

Uiteindelijk slaagden Cámpora en zijn collega’s erin om alle twijfels weg te nemen. “Het systeem bleek twee tot drie keer efficiënter te werken dan de ‘traditionele’ systemen. Met andere woorden: het kan een grotere instroom van data aan. Daarnaast verbruikt het ook nog eens zo’n zeventig procent minder energie en is het goedkoper.” Dat bleek overtuigend genoeg om Allen verantwoordelijk te maken voor de dataverwerking van een van de vier grote experimenten van de Large Hadron Collider (LHC), ’s werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller (zie kader).

Afgelopen april startte deze weer op, na ruim drie inactieve jaren waarin het apparaat een update kreeg. Een spannende periode voor Cámpora. “We zijn de eersten die grafische kaarten op deze schaal inzetten voor het ‘filteren’ van data. Wat dat betreft voel ik druk, maar wel op een positieve manier. Als ik ’s ochtends wakker word, sta ik te popelen om te zien of alles nog steeds goed verloopt.” Vooralsnog was dat het geval. “Het is al best baanbrekend te noemen. De CERN-gemeenschap heeft het programma omarmd. En het trekt veel talent aan, dat wil zien hoe het werkt.”

Met het prijzengeld wil hij de software verder verbeteren. “De LHC is constant in ontwikkeling, qua technologie blijft het state-of-the-art. Allen moet in de toekomst nog sneller en beter werken.” En ook buiten CERN ziet hij mogelijkheden. “Bijvoorbeeld grote observatoria, of systemen die het weer voorspellen. Ook daarbij komen grote hoeveelheden data kijken, en kan ons programma processen versnellen.”

Efficiënter op zoek naar antimaterie

De deeltjesversneller Large Hadron Collider laat elementaire deeltjes met gigantische snelheden op elkaar botsen. Hierbij komen nieuwe deeltjes vrij, die fysici op het spoor van onbekende natuurkunde kunnen zetten. Zo speurt men onder meer naar zogeheten beauty-quarks, die mogelijk kunnen onthullen waarom het universum uit materie bestaat, terwijl er geen spoor is van haar tegenhanger: antimaterie.

Aangezien de detectoren een gigantische hoeveelheid voorbijschietende deeltjes registreren, is het ondoenlijk om alle meetgegevens (die zo’n acht harde schijven per seconde zouden vullen) op te slaan. “Gelukkig gedragen de meeste deeltjes zich op een manier die we al begrijpen”, zegt Cámpora. “De computer filtert deze ‘oninteressante’ informatie direct weg. Daar is een enorme rekenkracht voor nodig. Uit een wirwar van gegevens moet de software alle deeltjesbotsingen reconstrueren. Daarna bepaalt deze zelfstandig welke gegevens op nieuwe natuurkunde kunnen wijzen. Het is van groot belang dat een programma als Allen goed functioneert: alles wat het niet eruit filtert, is voor altijd verdwenen.”

Dat blijkt goed te lukken: niet alleen werkt Allen sneller, hij filtert de gegevens ook preciezer. “Dat stelt fysici in staat om efficiënter onderzoek te doen.”

Edmond Hustinxprijs

De Edmond Hustinxprijs voor de wetenschap is bedoeld om “de betekenis van de wetenschap voor de praktijk te onderstrepen” en om het belang van de Universiteit Maastricht voor Limburg te accentueren. De prijs – 15.000 euro – gaat elk jaar naar een andere faculteit, ditmaal de Faculty of Science and Engineering (FSE).

Foto: Joey Roberts

Tags: OAJ2022,hustinxprijs,deeltjesfysica,CERN,computer science,edmond hustinxprijs,fse,opening academisch jaar,wetenschap

Voeg reactie toe

Klik hier voor onze privacyregels

Vanaf januari 2022 plaatst Observant alleen nog reacties van mensen wier naam bekend is bij de redactie.