• LHC@home: Neuigkeiten zur Forschung mit SixTrack

    Das SixTrack-Team informiert über die Hintergründe der zurzeit reichlich vorhandenen WUs:

    Vielen Dank für eure Unterstützung von SixTrack bei LHC@home und Neuigkeiten
    Liebe Freiwillige,

    alle Mitglieder des SixTrack-Teams wollen euch allen für die Unterstützung unseres Projektes bei LHC@home danken. In den letzten Wochen gab es einen deutlichen Anstieg der Arbeitsbelastung und eure fortwährende Hilfe pausierte nicht einmal während der Weihnachtsfeiertage, was wir wirklich schätzen!

    Wie ihr wisst, interessieren wir uns für das Simulieren der Dynamik des Teilchenstrahls in ultrarelativistischen Speicherringen wie dem LHC. Wie in anderen Gebieten der Physik ist die Dynamik komplex und kann in einen linearen und einen nichtlinearen Anteil aufgeteilt werden. Ersterer bringt die erwartete Leistung der Maschine in Reichweite, wohingegen letzterer die Stabilität des umlaufenden Teilchenstrahls dramatisch beeinflussen kann. Während ersterer mit der Rechenleistung eines Laptops ausgewertet werden kann, benötigt letzterer BOINC und somit euch! Tatsächlich führen wir sehr große Abrasterungen von Parameterräumen durch, um zu sehen, wie Nichtlinearitäten die Bewegung von Teilchenstrahlen in verschiedenen Regionen des Phasenraums der Teilchen und für verschiedene Werte von Maschinenparametern beeinflussen. Unsere wichtigste Messgröße ist die dynamische Apertur (DA), d.h. die Grenze zwischen stabiler, also gebundener, und instabiler, also ungebundener, Teilchenbewegung.

    Die Untersuchungen betreffen hauptsächlich den LHC und seine Luminositätserweiterung, den sogenannten HL-LHC. Dank dieses neuen Beschleunigers werden Experimente mit dem LHC etwa im Jahr 2035 in vergleichbarer Zeit etwa zehnmal so viele Daten liefern wie in den ersten 10-15 Betriebsjahren LHC erwartet. Die Entwicklung der erweiterten Maschine ist in vollem Gange und der gegenwärtige Betrieb des LHC ist eine einzigartige Gelegenheit, unsere Modelle und Simulationsergebnisse an der Realität zu messen. Umfassendes Wissen über die DA des LHC ist wesentlich, um den Arbeitspunkt des HL-LHC korrekt einzustellen.

    Wenn ihr Simulationen mit dem Namen workspace1_hl13_collision_scan_* (Frederik) gecruncht habt, dann habt ihr uns dabei geholfen, die Effekte unvermeidbarer Magnetfehler auf die dynamische Apertur zuzuordnen, die von der neuen HL-LHC-Hardware erwartet werden, und den besten Arbeitspunkt für die Maschine sowie Korrekturstrategien zu finden. Aufgaben mit Namen wie w2_hllhc10_sqz700_Qinj_chr20_w2* (Yuri) richten das Hauptaugenmerk auf die Magneten, welche die Teilchenstrahlen vor der Kollision zusammendrücken; aufgrund ihrer herausragenden Rolle haben diese Magneten, obwohl es nur wenige davon gibt, einen so großen Einfluss auf die nichtlineare Dynamik, dass die Knöpfe, welche den linearen Teil der Maschine kontrollieren, erhebliche Abhilfemöglichkeiten bieten.

    Viele aktuelle Aufgaben zielen auf den Zusammenhang zwischen Lebensdauer der Teilchenstrahlen und der dynamischen Apertur. Die Lebensdauer der Teilchenstrahlen ist eine Messgröße, die auf Basis der aktuellen Verlustrate angibt, wie lange die Strahlen in der Maschine bleiben. Ein theoretisches Modell für den Zusammenhang zwischen der Lebensdauer der Teilchenstrahlen und der dynamischen Apertur wurde entwickelt; eine große Simulationskampagne wurde gestartet, um das Modell mit den zahlreichen Messungen zu vergleichen, welche in den letzten drei Jahren mit dem LHC durchgeführt wurden. Ein Satz dieser Studien betrachtet unter dem Namen w16_ats2017_b2_qp_0_ats2017_b2_QP_0_IOCT_0 (Pascal) die unvermeidbaren multipolaren Fehler der Magneten als Hauptgrund für die Nichtlinearitäten, wohingegen Aufgaben mit dem Namen LHC_2015* (Javier) störende Zusammentreffen in der Nähe der Kollisionspunkte betrachten, d.h. die sogenannten "langreichweitigen Strahl-Strahl-Effekte".

    Einer unserer Anwender (Ewen) führt dank eurer Hilfe zwei Studien durch. Im Jahr 2017 wurde die DA erstmals im LHC bei Spitzenenergie direkt gemessen und nichtlineare Magnete beiderseits der ATLAS- und CMS-Experimente wurden zum Variieren der DA verwendet. Er möchte herausfinden, wie gut die simulierte DA mit diesen Messwerten übereinstimmt. Die zweite Studie untersucht systematisch die zeitliche Abhängigkeit der DA in der Simulation von der Stärke der linearen transversalen Kopplung und wie diese in der Maschine erzeugt wird. Tatsächlich haben einige frühere Simulationen und Messungen bei Injektionsenergie angedeutet, dass lineare Kopplung zwischen den horizontalen und vertikalen Ebenen große Auswirkung darauf haben können, wie sich die dynamische Apertur mit der Zeit entwickelt.

    Bei all dem ist eure Hilfe wesentlich, da ihr uns ermöglicht, die Simulationen und Studien durchzuführen, die uns interessieren, indem ihr die Aufgaben bearbeitet, die wir über BOINC verteilen. Daher herzlichen Dank euch allen!
    Frohes Crunchen und bleibt dran!

    Alessio und Massimo für das LHC-SixTrack-Team
    23.01.2018, 18:08:14 MEZ

    Originaltext:
    Zitat Zitat von https://lhcathome.cern.ch/lhcathome/
    Thanks for supporting SixTrack at LHC@Home and updates
    Dear volunteers,

    All members of the SixTrack team would like to thank each of you for supporting our project at LHC@Home. The last weeks saw a significant increase in work load, and your constant help did not pause even during the Christmas holidays, which is something that we really appreciate!

    As you know, we are interested in simulating the dynamics of the beam in ultra-relativistic storage rings, like the LHC. As in other fields of physics, the dynamics is complex, and it can be decomposed into a linear and a non-linear part. The former allows the expected performance of the machine to be at reach, whereas the latter might dramatically affect the stability of the circulating beam. While the former can be analysed with the computing power of a laptop, the latter requires BOINC, and hence you! In fact, we perform very large scans of parameter spaces to see how non-linearities affect the motion of beam particles in different regions of the beam phase space and for different values of key machine parameters. Our main observable is the dynamic aperture (DA), i.e. the boundary between stable, i.e. bounded, and unstable, i.e., unbounded, motion of particles.

    The studies mainly target the LHC and its upgrade in luminosity, the so-called HL-LHC. Thanks to this new accelerator, by ~2035, the LHC will be able to deliver to experiments x10 more data than what is foreseen in the first 10/15y of operation of LHC in a comparable time. We are in full swing in designing the upgraded machine, and the present operation of the LHC is a unique occasion to benchmark our models and simulation results. The deep knowledge of the DA of the LHC is essential to properly tune the working point of the HL-LHC.

    If you have crunched simulations named "workspace1_hl13_collision_scan_*" (Frederik), then you have helped us in mapping the effects of unavoidable magnetic errors expected from the new hardware of the HL-LHC on dynamic aperture, and identify the best working point of the machine and correction strategies. Tasks named like "w2_hllhc10_sqz700_Qinj_chr20_w2*" (Yuri) focus the attention onto the magnets responsible for squeezing the beams before colliding them; due to their prominent role, these magnets, very few in number, have such a big impact on the non-linear dynamics that the knobs controlling the linear part of the machine can offer relevant remedial strategies.

    Many recent tasks are aimed at relating the beam lifetime to the dynamic aperture. The beam lifetime is a measured quantity that tells us how long the beams are going to stay in the machine, based on the current rate of losses. A theoretical model relating beam lifetime and dynamic aperture was developed; a large simulation campaign has started, to benchmark the model against plenty of measurements taken with the LHC in the past three years. One set of studies, named "w16_ats2017_b2_qp_0_ats2017_b2_QP_0_IOCT_0" (Pascal), considers as main source of non-linearities the unavoidable multipolar errors of the magnets, whereas tasks named as "LHC_2015*" (Javier) take into account the parasitic encounters nearby the collision points, i.e. the so called "long-range beam-beam effects".

    One of our users (Ewen) is carrying out two studies thanks to your help. In 2017 DA was directly measured for the first time in the LHC at top energy, and nonlinear magnets on either side of ATLAS and CMS experiments were used to vary the DA. He wants to see how well the simulated DA compares to these measurements. The second study seeks to look systematically at how the time dependence of DA in simulation depends on the strength of linear transverse coupling, and the way it is generated in the machine. In fact, some previous simulations and measurements at injection energy have indicated that linear coupling between the horizontal and vertical planes can have a large impact on how the dynamic aperture evolves over time.

    In all this, your help is fundamental, since you let us carry out the simulations and studies we are interested in, running the tasks we submit to BOINC. Hence, the warmest "thank you" to you all!
    Happy crunching to everyone, and stay tuned!

    Alessio and Massimo, for the LHC SixTrack team.
    23 Jan 2018, 17:08:14 UTC
    Ursprünglich wurde dieser Artikel in diesem Thema veröffentlicht: LHC@home - Erstellt von: Svenie25 Original-Beitrag anzeigen
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