Datalympics Abendvortrag. Big Data im wissenschaftlichen Umfeld Dr. Markus Elsing. Prof. Michael Feindt

Transkript

1 Abendvortrag Datalympics 2013 Big Data im wissenschaftlichen Umfeld Prof. Michael Feindt 1

2 Datalympics 2013 Prof. Michael Feindt Prof. Michael Feindt 2

3 Datalympics 2013 Unser heutiges Weltbild Prof. Michael Feindt 3

4 Unser heutiges Weltbild Voyager 1 Entfernung: 6.4 Milliarden km (6 Lichtstunden) Datalympics 2013 Die Erde, ein kleiner blauer Punkt im Weltall... Prof. Michael Feindt 4

5 Unser heutiges Weltbild Datalympics 2013 Proxima Centrauri Entfernung: 3.8 Lichtjahre... unsere Sonne ist ein Stern unter 300 Milliarden... Prof. Michael Feindt 5

6 Unser heutiges Weltbild Datalympics unsere Milchstrasse ist eine Galaxie unter Milliarden Prof. Michael Feindt 6

7 Das Universum entstand im Urknall Datalympics 2013 Energie wandelt sich in Materie und Antimaterie um. Raum und Zeit entstehen. Der Raum expandiert. Prof. Michael Feindt 7

8 Datalympics 2013 Urknall: Standard-Modell der Kosmologie Mathematisches Modell für die Entwicklung des Universums Urknall WMAP Satellit 13.7 Milliarden Jahre cm heute Prof. Michael Feindt 8

9 Datalympics 2013 Woraus besteht alles? Prof. Michael Feindt 9

10 Datalympics 2013 Alles was wir sehen und anfassen können, besteht aus punktförmigen Teilchen Familie Nr.1 und wird durch vier Kräfte zusammengehalten: Elektromagnetismus schwache Kraft starke Kraft Gravitation Prof. Michael Feindt 10

11 Datalympics 2013 Das Standard-Modell der Teilchenphysik Ein mathematisches Modell für die Welt im Kleinsten Prof. Michael Feindt 11

12 Datalympics 2013 Das Standard Modell der... Kosmologie Teilchenphysik + Erklärt das alles? Nein! Prof. Michael Feindt 12

13 Datalympics 2013 Woraus besteht das Universum? Planck-Satellit: Aufnahme der kosmischen Hintergrundstrahlung 95% des Universums besteht aus exotischer Dunkler Materie und Dunkler Energie Prof. Michael Feindt 13

14 Datalympics 2013 Die Rätsel des Universums Was ist Dunkle Materie? Was ist Dunkle Energie? Rocky Kolb Wieso haben elementare Teilchen Masse? (Die Suche nach dem Higgs-Teilchen) Warum ist die Antimaterie verschwunden? Prof. Michael Feindt 14

15 Datalympics 2013 Prof. Michael Feindt DELPHI Run : Ev t : 2963 Beam: GeV Proc : 13-Sep-1996 DAS : 13-Aug-1994 Scan: 14-Oct :00:57 DST Gemeinsame Forschungsprojekte am CERN DELPHI Experiment: ( ) Entwicklung innovativer Algorithmen zur Mustererkennung (Ereignisrekonstruktion) Prof. Michael Feindt 15

16 Datalympics

17 Datalympics 2013 CERN Flughafen Genf Das weltgrößte Labor für Teilchenphysik 17

18 Datalympics 2013 CERN 2340 Angestellte Budget etwa 1100 Millionen CHF (2010) Wissenschaftler aus aller Welt Das weltgrößte Labor für Teilchenphysik 18

19 Datalympics 2013 Wer arbeitet am CERN? 20 Mitgliedsstaaten und weitere 65 Länder sind an CERN-Experimenten beteiligt 19

20 Datalympics 2013 CERN und der Large Hadron Collider Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt 20

21 Datalympics 2013 CERN und der Large Hadron Collider [ im Hollywood Film Illuminati ] 21

22 Datalympics 2013 Der LHC Ringbeschleuniger 9000 Magnete in 27 km langem Tunnel 100 Meter unter der Erde 22

23 Datalympics 2013 Vier grosse LHC-Experimente CMS ng hafe Flug enf ALICE ATLAS 23

24 ATLAS CMS Datalympics 2013 LHCb ALICE 31

25 Datalympics 2013 Warum Protonen auf hohe Energien beschleunigen und kollidieren lassen? Albert Einstein, 1905: die spezielle Relativitätstheorie Not covered here: work in ATLAS and DELPHI committees Energie kann in Materie umgewandelt work on reviews, e.g. for PH-SFT or BELL werden! usual editorial and refereeing work of p... E=m c2 BACKUP 25

26 Datalympics 2013 Warum Protonen auf hohe Energien beschleunigen und kollidieren lassen? Not covered here: work in ATLAS and DELPHI committees work on reviews, e.g. for PH-SFT or BELLE-2 usual editorial and refereeing work of publications... E=m c2 beschleunigte BACKUP SLIDE Protonen 10 Detektor LHC kollidiert Protonen bei extremen Energien um neue seltene, schwere Teilchen zu erzeugen 26

27 Datalympics 2013 Das ATLAS Experiment am Large Hadron Collider 27

28 Das ATLAS Experiment am Large Hadron Collider Datalympics 2013 [ im Hollywood Film Illuminati ] 28

29 Der echte ATLAS Kontrollraum Datalympics 2013 CR: Control Room (of ATLAS) 28 LARGE HADRON COLLIDER LARGE HADRON COLLIDER 29 Experimente laufen rund um die Uhr, 7 Tage die Woche Studenten, Doktoranden und Post-Docs 29

30 Die Kollaboration - Ein globales Team Datalympics /10 der ATLAS Kollaboration hier bin ich ~3000 Physiker aus 35 Ländern, ein gemeinsames Ziel 20 Jahre: vom Bau zum Betrieb und Auswertung der Data 30

31 Datalympics 2013 ATLAS Datennahme 40 Millionen mal pro Sekunde kollidieren Protonen 31

32 Der ATLAS-Detektor als Kamera Datalympics 2013 Messung einer Kollision mit 90 Millionen Kanälen 2.5 MB pro Aufnahme, 40 Millionen pro Sekunde 32

33 Der ATLAS-Detektor als Kamera Datalympics 2013 Das entspricht mal der Information der kompletten Encyclopedia Britannica - pro Sekunde 33

34 Die Nadel in hunderttausend Heuhafen Datalympics 2013 Eine Kollision von 100 Milliarden könnte ein Higgs-Teilchen enthalten Interessante Kollisionen müssen selektiert werden! 34

35 Selektion in Stufen, genannt Trigger ATLAS Detektor Datalympics MHz 100 TB pro Sekunde 1.Stufe: spezielle Elektronik 2.Stufe: Software, PC Farm 20 khz 50 GB pro Sekunde 400 Hz, 1 GB pro Sekunde ATLAS produziert im Jahr 20 PB an selektierten Daten 35

36 Daten werden auf dem GRID verteilt Datalympics 2013 Mehr als 130 Rechenzentren weltweit, Universitäten und große Forschungszentren 36

37 Rekonstruktion der Teilchen aus der Messung im Detektor Datalympics 2013 Spezielle Programme zu Mustererkennung, Art und Eigenschaften der produzierten Teilchen 37

38 Die Suche nach dem Higgs-Teilchen Datalympics 2013 Internationale Forschungsteams, Entwicklung von ausgefeilten Algorithmen und Strategien zur Analyse der Daten 38

39 Die Entdeckung des Higgs-Teilchens Datalympics 2013 CERN Seminar 4.July 2012 Fabiola Gianotti, Joe Incandela Peter Higgs 39

40 CERN-Pressekonferenz am 4.Juli 2012 Datalympics

41 Datalympics 2013 Prof. Michael Feindt Prof. Michael Feindt 41

42 Datalympics 2013 Teilchenphysik und Innovation Prof. Michael Feindt 42

43 Datalympics 2013 Teilchenphysik und Innovation Teilchenbeschleuniger Teilchendetektoren Datenverarbeitung Ehrgeizige Ziele - pragmatisches Ausnutzen von Hochtechnologie Prof. Michael Feindt 43

44 Teilchenbeschleuniger in der Medizin Weltweit gibt es etwa Teilchenbeschleuniger etwa für medizinische Anwendungen Datalympics 2013 X-ray protons Hadron-Therapie gegen Krebs behandelte Patienten in 30 Zentren weltweit einer der Pioniere: Ugo Amaldi Prof. Michael Feindt 44

45 Bildgebende Verfahren in der Medizin Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Datalympics erste PET-Aufnahme am CERN, heute weltweit verwendet in der Medizin Prof. Michael Feindt 45

46 CERN: Entwicklung von Detektoren Datalympics 2013 Wie durchleuchtet man einen LKW? Industrielle Anwendung von Drahtkammern Georges Charpak, Nobelpreis 1992 Prof. Michael Feindt 46

47 CERN und das World Wide Web Datalympics 2013 Erfunden 1989 am CERN Sir Tim Berners-Lee Prof. Michael Feindt 47

48 CERN und NeuroBayes Datalympics 2013 Erfunden 2000 am KIT für das CERN-Experiment DELPHI. Jetzt in vielen großen Experimenten weltweit genutzt. Prof. Michael Feindt 48

49 Datalympics 2013 NeuroBayes in der Wirtschaft Big Data Predictive Analytics - Datenbasierte Optimierung und Automatisierung für bessere operative Business-Entscheidungen Prof. Michael Feindt 49

50 Datalympics 2013 Vielen Dank Prof. Michael Feindt 50

51 Datalympics 2013 und weiterhin guten Appetit Prof. Michael Feindt 51