تلاش، داده‌های مورد نیاز برای باز کردن اسرار ماده را استاندارد می‌کند و در عین حال مهارت‌ها را ایجاد می‌کند و چهره‌های جدیدی را به علم می‌آورد.
کریستین ناتراس ، استاد فیزیک در دانشگاه تنسی (یوتا) ، ناکسویل ، تیمی از عمدتاً دانشجویان را استخدام کرده است تا در داده های مربوط به میلیاردها اثر ذرات در اعماق داده ها حفر شود شتاب دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC)—تاسیسات کاربر دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) برای تحقیقات فیزیک هسته ای در آزمایشگاه ملی بروکهاون DOE. هدف آنها: قالب بندی مجدد داده ها از مقالات تحقیقاتی منتشر شده توسط RHIC آشکارساز PHENIX همکاری و آپلود آن در یک پایگاه داده مدرن که اکنون در جوامع تحقیقاتی فیزیک هسته ای و انرژی بالا (HEP) استفاده می شود.
انتشار داده های Phenix در این پایگاه داده ، معروف به “Hepdata” ، آن را در دسترس هر کسی که می خواهد یافته های جدید را با اندازه گیری های تاریخی یا نتایج حاصل از یک آزمایش به دیگری مقایسه کند ، در دسترس قرار می دهد یا اینکه چگونه نتایج تجربی با توضیحات نظری مطابقت دارد. بلوک های ماده
این تیم تقریباً انجام شده است ، با موفقیت اصلاح و بارگذاری داده ها از 201 از 219 مقاله منتشر شده Phenix.* پیش نویس داده ها برای بیشتر مقالات باقیمانده در حال بررسی های نهایی است.
ناتراس گفت: “ما با بسیاری از داوطلبان فنیکس کار کردیم ، از جمله برخی از افراد که در ابتدا این مقاله ها در مدرسه ابتدایی بودند.” “این یک تلاش مشترک مداوم است.”
عمیق در داده ها
این پروژه از زمانی آغاز شد که Nattrass با دانشجویان کار می کرد تا یافته های تجربی RHIC را با پیش بینی چگونگی رفتار ذرات موجود در برخورد باید مقایسه کند. اما برای انجام این مقایسه ها ، آنها نه تنها به مقالات علمی نیاز داشتند – که یافته ها را در نمودارها و نمودارها خلاصه می کنند و شامل تفسیرهای دانشمندان می شوند – بلکه به تمام نقاط داده ای که آن نمودارها و نمودارها را تولید می کنند ، دسترسی دارند.
از بین تمام نقاط داده ایجاد شده توسط یک تجزیه و تحلیل معمولی فنیکس از برخورد ذرات ، فقط یک بخش کوچک ممکن است آن را به مقاله منتشر شده تبدیل کند. Nattrass به مقاله ای اشاره کرد که در آن مجموعه داده ها بیش از 2000 جدول داده را پر کرده است. او گفت: «این داده‌ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که می‌توانید روی کاغذ بیاورید.
این داده ها در وب سایت اصلی همکاری PHENIX وجود دارد، اما دسترسی به وب سایت اکنون برای اعضای گروه PHENIX محدود شده است. او گفت، حتی برای اعضای PHENIX مانند Nattrass، تبدیل داده ها به یک قالب مفید می تواند دشوار باشد. در اوایل RHIC ، قدمت آن به سال 2000 ، هنگامی که دانشمندان مشتاق بودند با ارسال آن در وب سایت های مشترک یک بار باز ، تمام داده های خود را به اشتراک بگذارند ، هیچ استانداردی برای نحوه ظاهر این داده ها وجود نداشت. اغلب اعداد به سادگی در فایل های متنی قرار می گیرند که برای جستجو و مرتب سازی آسان فرمت نشده اند. نتراس استدلال کرد که قالب‌بندی مجدد این داده‌ها به قالب استاندارد شده و در دسترس عموم HEPData، به او و دانش‌آموزانش اجازه می‌دهد تا مقایسه‌های خود را انجام دهند. و داده ها را برای دانلود برای هر کسی که می خواهد در آینده دسترسی داشته باشد در دسترس قرار دهید.
او گفت: «هنگامی که در HEPData آپلود شد، می‌توانید تنها با کلیک یک دکمه به همه داده‌ها دسترسی داشته باشید.
برای هر مقاله، فیزیکدانان PHENIX به عنوان کلید کنترل کیفیت عمل می کنند. با درک عمیق از فیزیک ، آنها باید اطمینان حاصل کنند که داده های اصلاح شده به طور دقیق نتایج ردیاب را نشان می دهند – قبل از بارگذاری در پایگاه داده مرکزی.
Maxim Potekhin ، Phenix Hepdata هماهنگ کننده و عضو گروه نرم افزار فیزیک هسته ای و ذرات (NPPS) در آزمایشگاه Brookhaven ، بر همه ارسال ها نظارت می کند.
ما با سرن بسیار نزدیک کار می کنیم [Europe’s nuclear and particle physics lab] پوتهین گفت: و جامعه انرژی بالا و فیزیک هسته ای به طور کلی از بهترین ابزارها و شیوه ها برای حفظ داده های PHENIX و تجزیه و تحلیل های فیزیک استفاده کنند. این تلاش به دلیل مشارکت فعال اعضای PHENIX و کار تیمی موثر در PHENIX و گروه NPPS موفقیت آمیز بود. نتایج به دست آمده با همکاری با گروه کریستین در UT برای PHENIX و برای جامعه فیزیک هسته ای بسیار قابل توجه بود.
فرصت هایی برای دانش آموزان
ناتراس گفت: «برای چندین سال، ما این کار را به صورت انگلی انجام دادیم. “از آنجایی که من دانش‌آموزانی داشتم که روی پروژه‌ها کار می‌کردند و آنها به داده‌ها برای تجزیه و تحلیل نیاز داشتند، آنها داده‌ها را قالب‌بندی کردند و در HEPData آپلود کردند.”
در برخی موارد، Nattrass به دانش‌آموزان این فرصت را می‌دهد که بر روی آپلودهای HEPData کار کنند تا اعتبار مطالعاتی مستقلی را کسب کنند که شرایط انتخابی فیزیک را برآورده می‌کند.
ناتراس گفت: “گاهی اوقات دانشجویان متوجه می شوند که واحدهای انتخابی کافی برای فارغ التحصیلی در ترم آخر خود ندارند.” “این پروژه این نیاز را برآورده می کند.”
آنها همچنین اغلب مهارت هایی را به دست می آورند که می توانند در رزومه خود بگنجانند.
آنها یاد خواهند گرفت که چگونه از خط فرمان لینوکس استفاده کنند. آنها تجزیه و تحلیل داده های زیادی را انجام می دهند، حتی اگر سطح فوق العاده بالایی نباشد. آنها یاد خواهند گرفت که چگونه از چندین زبان برنامه نویسی مختلف استفاده کنند و تجربه عملی به دست آورند.
در سال 2019، او پروژه HEPData را در “تجربه تحقیقاتی دوره لیسانس” (CURE) که تدریس می کرد، گنجاند. او خاطرنشان کرد که چنین تحقیقات مبتنی بر دوره به حفظ دانشجویان در رشته های علوم کمک می کند. همچنین برای دانشجویانی که در غیر این صورت ممکن است به دنبال یک تجربه تحقیقاتی نباشند، جذاب است – مثلاً با درخواست فرصت از یک استاد منفرد.
Nattras گفت: “این به آنها فرصتی می دهد تا به روشی کمتر مخرب در تحقیقات شرکت کنند.” “وقتی برای یک کلاس ثبت نام می کنید، می دانید برای چه چیزی ثبت نام می کنید.”
این دوره طیف وسیعی از دانش‌آموزان را به خود جذب کرد، از جمله برخی از دانش‌آموزان «غیر سنتی» که از تحصیل خود استراحت کرده بودند، و زنان و دانش‌آموزان گروه‌های دیگر معمولاً در زمینه‌های علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) کمتر حضور داشتند.
ناتراس گفت: «از 20 دانش آموزی که از زمانی که من درمان من را شروع کردم، 50 درصد را زنان و 25 درصد را اقلیت هایی تشکیل می دهند که کمتر حضور دارند. این را با جمعیت افراد دارای مدرک لیسانس فیزیک در ایالات متحده مقایسه کنید: 22٪ از آنها زن هستند و حدود 15٪ اقلیت هایی هستند که کمترین نمایندگی را دارند.
ناتراس گفت: “دانشجوی فارغ التحصیل کریستال مارتین، که خود یک دانشجوی غیر سنتی بود، به سرعت بخشیدن به دانش آموزان کمک کرد.”
مارتین کار بر روی پروژه HEPData را در دوران دانشجویی آغاز کرد.
او به یاد می آورد: “من داده های چندین مقاله را دوباره قالب بندی کردم تا بتوانم از داده های HEPData استفاده کنم.” من به عنوان یک دانشجوی کارشناسی ارشد به تحقیق ادامه دادم و شروع به راهنمایی سایر فیزیکدانان جدید کردم. من توانستم با بیش از دوازده دانشجو و محقق تابستانی CURE که زمینه ها و مهارت های متفاوتی دارند کار کنم. من عاشق این هستم که بتوانم دانش آموزان را با تکالیف HEPData شروع کنم و پیشرفت آنها را از کار اولیه تا شروع تجزیه و تحلیل خود ببینم – دقیقاً مانند من.
نوآوری های نرم افزاری
تام کروباخ، یک رشته دو رشته فیزیک و علوم کامپیوتر که به طور تمام وقت در حین رفتن به مدرسه کار می کرد و یکی از اولین دانش آموزان Nattrass CURE بود، ابزار نرم افزاری نوشت که گروه هنوز از آن استفاده می کند.
ابزاری به نام YAMLmaker فایل های متنی را به یک زبان سریال سازی داده ها به نام YAML تبدیل می کند که در علوم کامپیوتر و صنعت استفاده می شود. فایل های متنی را بررسی می کند و جداول اصلی حاوی نقاط داده را به فرمت YAML تبدیل می کند. Nattrass توضیح داد که این کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که داده ها می توانند به درستی تفسیر شوند. این نرم‌افزار می‌تواند تغییرات نحوه ثبت داده‌های خود را توسط فیزیکدانان RHIC و دانشجویان فارغ‌التحصیل انجام دهد.
کروباچ گفت: “افراد مختلف می توانند داده ها را به میلیون ها روش مختلف قالب بندی کنند.” YAMLmaker می‌تواند تغییرات طرح‌بندی ورودی را مدیریت کرده و آنها را به YAML تبدیل کند، که سپس می‌تواند برای HEPData و برای پردازش در سیستم‌ها و برنامه‌های دیگر استفاده شود.
تجربه و نوآوری کروباچ مسیر آینده آن را تعیین می کند.
او گفت: “YAML یک قالب یا زبان بسیار محبوب مانند HTML نیست — همه می دانند که چیست.” «تجربه من در کار با YAML، که در بین دانشجویان رایج نیست، به من اجازه داد مستقیماً شغلی پیدا کنم. من اکنون یک مدیر سیستم برای محاسبات با عملکرد بالا در دانشگاه تنسی هستم. من برای گروهی کار می کنم که محاسبات سازمانی را روی خوشه محاسباتی با عملکرد بالا در آزمایشگاه ملی Oak Ridge انجام می دهد.
بهتر از خرده فروشی
در ژانویه سال 2022 ، با داده های حدود 55 مقاله فنیکس بارگذاری شده در Hepdata ، Nattrass تصمیم گرفت برای کمک هزینه تحقیق خود درخواست کند که به او اجازه می دهد تا دانش آموزان را به کار خود در بارگذاری های هپداتا بپردازد.
او گفت: «من فکر کردم که می‌توانم بیشتر داده‌های باقیمانده PHENIX را که برای HEPData قالب‌بندی شده‌اند، با پرداخت پول به دانشجویان دریافت کنم.
با توجه به اینکه بسیاری از دانش آموزان برای حمایت از تحصیلات خود به هر حال تلاش می کنند ، او استدلال می کند ، چرا به آنها این فرصت را نمی دهد که یک برنامه انعطاف پذیر ، برای دستمزد مناسب و مناسب و ایجاد مهارت های قابل فروش در این روند کار کنند؟
زمانی که بورسیه اعطا شد، یکی از دانشجویانی که این کار را آغاز کرد، نیکلاس نلسون بود. او به عنوان یک دانشجوی مهندسی در دانشگاه UT شروع به کار کرده بود، به فیزیک روی آورد، سپس به دلیل کووید از تعامل با دانشجویان دیگر محروم شد. پس از گذراندن سال اول خود در خارج از کشور در ولز، او تا حدودی با سایر رشته های فیزیک احساس عدم هماهنگی کرد. کار با Nattrass به او فرصتی داد تا دوباره ارتباط برقرار کند.
نلسون گفت: «به هر حال می‌خواستم شغلی پیدا کنم، احتمالاً در جهنم خرده‌فروشی، و تقریباً همان هزینه را داشت، بنابراین گفتم: «چرا نه؟» و در نهایت با برنامه‌ام خیلی خوب کار کرد.
در مجموع، نلسون حدود 70 درصد از مقالات PHENIX را که در HEPData منتشر شده بود، دوباره قالب بندی کرد. او همچنین در تابستان گذشته به سایر دانش آموزان کمک کرد. اکنون او در یک برنامه کارشناسی ارشد در رشته فیزیک پزشکی در دانشگاه UT ثبت نام کرده است و از تمام دانش فیزیک و داده های خود به خوبی استفاده می کند.
او از روحیه مشارکتی پروژه لذت می برد.
وی گفت: “مشکلات مختلفی وجود داشت که هر روزنامه ای داشت که شما به هر کسی که قبلاً برای کمک با همان چیز روبرو شده بود ، بروید.” وی گفت: “این کار با داده های فیزیک به من این امکان را می داد تا ببینم افراد جامعه فیزیک که من در آن کلاس بودم به همان اندازه که فکر می کردم ممکن است به همان اندازه صعب العبور نبودند. آنها فقط یک دسته از آدم های قلابی مثل من بودند و این یک نوع سرگرم کننده بود.
*ردیاب فنیکس RHIC از سال 2000 تا 2016 فعالیت می کند. این همکاری همچنان به تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده در آن زمان و انتشار مقالات با تأثیر مداوم بر علوم هسته ای ادامه می یابد.
آزمایشگاه ملی بروکهاون
آزمایشگاه ملی بروکهاون توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دفتر علوم بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید Science.energy.gov.
BrookhavenLab@ را در رسانه های اجتماعی دنبال کنید. ما را در پیدا کنید اینستاگرام، لینکدین، توییترو فیس بوک.
Brookhaven Science Associates
Brookhaven Science Associates آزمایشگاه ملی Brookhaven را به نمایندگی از دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده مدیریت و اداره می کند. BSA یک مشارکت بین Battelle و بنیاد تحقیقات برای دانشگاه ایالتی نیویورک به نمایندگی از دانشگاه استونی بروک است.
