Analýza dat z urychlovačů částic

Defektoskopie ilustrace Díky dvěma projektům LG12020 (2012-2014) a LG15047 (2015-2017) zaměřených na Využití pokročilé statistické analýzy i nestatistických metod pro detekování fyzikálních procesů buď v urychlovačích elementárních částic (D0) nebo v detektorech neutrinových oscilací (NOvA) naše skupina GAMS úzce spolupracuje s Experimentem DØ a NOvA ve Fermilabu (Fermi National Accelerator Laboratory) nedaleko Chicaga v USA. Od roku 2016 je funkční Velká výzkumná infrastruktura MŠMT ČR pro spolupráci na experimentech ve Fermilabu, jejíž částí je i Katedra matematiky.

V rámci skupiny GAMS se věnujeme především vývoji nových statistických metod pro separaci signálových fyzikálních procesů od pozaďových. Jelikož byl doposud problém separace ve fyzice vysokých energií omezen většinou na pouze několik standardně používaných metod jako jsou Rozhodovací stromy nebo Neuronové sítě, naším cílem je jednak modifikovat známé přístupy z jiných oblastí a aplikovat je na fyzikální data, tak vyvinout zcela nové přístupy. Zabýváme se tudíž studiem a aplikací separačních technik jako jsou Metoda Distribučních Směsí (také nazývaná Model Based Clustering - MBC), Zobecněné Lineární Modely (Generalized Linear Models - GLM) nebo Support Vector Machine (SVM), a též vyvíjíme metodu Phi-divergence Supervised Decision Tree (Phi-SDDT) kombinující Phi-divergence a rozhodovací stromy.

Defektoskopie ilustrace

Zaměřujeme se na testování kvality Monte Carlo (MC) simulací a jejich distribucí, kde využíváme jak nástroje dostupné v balíku TMVA v prostředí ROOT, tak vytváříme nové testy distribucí. V rámci projektu jsme již vyslali několik studentů do USA, kde pracovali v laboratořích ve Fermilabu (D0 a NOvA). Kromě spolupráce s kolaborací FNAL, intenzivně spolupracujeme s Fyzikálním ústavem AV ČR (Dr. Lokajíček), MatFyzem UK Praha (Dr. Soustružník), Ústavem Informatiky AV ČR (Ing. Hakl) a KDAIZ FJFI ČVUT (Dr. Smolík). Společně vyvíjíme nové techniky zpracování HEP dat, separační (ne)statistické metody pro detekci oscilací neutrin, atp.

Defektoskopie ilustrace

Vedoucí skupiny:

Ing. Václav Kůs, PhD.

Členové skupiny:

Prof. Vladislav Šimák, DrSc.

Ing. Jiří Franc

Ing. Petr Vokáč

Ing. Zdeněk Čulík

Studenti:

Bc. Petr Bouř (vývoj separačních metod založených na rozhodovacích stromech, distribučních směsích (MBC), jádrových statistických odhadech, včetně využití zobecněných lineárních modelů a support vector machine (SVM) algoritmů)

Bc. Richard Finger (vývoj metod pro testování statistických hypotéz s potenciálem aplikace pro kontrolu MC vs. DATA a pro selekci relevantních fyzikálních proměnných)

Bc. Petr Jačka (4.ročník oboru Matematické inženýrství, zaměření Matematické modelování - teorie pole a multijetové kanály v Atlas CERN)

Částečne spolupracující Studenti:

Ing. David Klečka (vývoj Bayesian clustering a SVD metod)

Ing. Michal Záveský (PGS student oboru Matematické inženýrství)

Ing. Zuzana Dvořáková (PGS KM – vývoj separace pomocí divergenčních stromů)

Spolupráce:

DØ Experiment, NOvA, Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Batavia, Illinois, USA.

Oddělení teorie a fenomenologie částic, Fyzikální ústav AV ČR.

Oddělení optimalizace a systémů, Ústav informatiky, Akademie věd České republiky.

Významné výstupy:

By DØ Collaboration (V.M. Abazov et al., P.Vokáč, V.Šimák). Evidence for s-channel single top quark production in pp(bar) collisions at sqrt(s)=1.96 TeV. Physics Letters B, Vol 726, 4–5, 4 November 2013, Pages 656–664. http://dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2013.09.048.

Štěpánek, M. - Franc, J. - Kůs, V.: Model based clustering method as a new multivariate technique in high energy physics. Journal of Physics: Conference Series. 2014, ISSN 1742-6588.

Šimák, V.: Measurements of the elastic cross section dsigma/dt in pp- scattering at sqrt s = 1.96TeV.Proceedings of Science [online]. Vyšlo 2013, vol. 1, no. ICHEP 2012, Internet: PoS(ICHEP2012)284. ISSN 1824-8039.

P.Vokáč: Measurement of top quark properties at Tevatron. Proceedings of Science, The XIth International Conference on Heavy Quarks and Leptons, June 2012, Prague, Czech Republic. PoS(HQL 2012)047.

Vokáč P.: Příspěvek za DØ a CDF kolaborace na konferenci „25th Rencontres de Blois – Particle Physics and Cosmology“, Blois, Francie, 26-31. květen 2013, Top quark physics at the Tevatron, accepted - Proceedings in 2014.

Franc, J. - Bouř, P. - Štěpánek, M. - Kůs, V.: New Statistical Techniques in the Measurement of the inclusive Top Pair Production Cross Section. In Top 2014 Conference proceeding. Stanford: Stanford University, 2014.

Štěpánek, M. - Franc, J. - Kůs, V.: Modification of Gaussian mixture models for data classification in high energy physics. Journal of Physics: Conference Series. 2015, vol. 574, no. 1, art. no. 012150, ISSN 1742-6588.