L’Observatoire Pierre Auger Le système d’acquisition de données Richard Randriatoamanana – LPNHE/Paris Journées Informatiques 2008, Obernai

Un résumé En 1938, Pierre Auger et ses collègues ont découvert que les gerbes de rayons cosmiques pouvaient s'étendre sur de vastes zones. Actuellement, dans les plaines de « la Pampa » de l'ouest de l'Argentine, l'Observatoire Pierre Auger analyse les grandes gerbes atmosphériques engendrées par des particules d'énergies beaucoup plus élevées que celles que peuvent leur conférer les accélérateurs construits par l'homme. La stratégie adoptée consiste à mesurer l'énergie des gerbes à la fois en détectant les particules, à l'aide d'un réseau de 1600 détecteurs Chérenkov à eau, et en captant l'émission de lumière fluorescente, en utilisant quatre stations équipées chacune de six télescopes Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 2

Qui est Pierre Auger ? Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 Pierre Victor Auger (Paris, ) était un physicien français mondialement connu pour ses activités dans les domaines de la physique expérimentale comme : la physique atomique (l’effet photoélectrique) la physique nucléaire (slow neutrons) les rayons cosmiques (grandes gerbes atmosphériques) Il a notamment été le premier, en 1938, à prédire l'existence des grandes gerbes atmosphériques et à les rattacher à celle de rayons cosmiques de très hautes énergies. C'est son souvenir et son rôle de pionnier dans le domaine des rayons cosmiques que nos collègues anglo-saxons ont voulu honorer en associant son nom à ce projet. Après la seconde Guerre Mondiale, il a fortement œuvré dans le développement des grandes institutions internationales telles que le CERN, l'UNESCO ou encore le CEA.

Présentation du projet Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 L'Observatoire Pierre Auger, qui se trouve dans la Pampa de Malargüe en Argentine, détecte les grandes gerbes atmosphériques grâce à un réseau de 1600 détecteurs de particules, espacés d'1,5 kilomètre, qui s'étendent sur une surface de 3000 km 2. En plus, 24 télescopes observent, pendant les nuits sans lune, la lumière fluorescente produite par la gerbe lors de son passage dans l'atmosphère. Cette combinaison de détecteurs permet une étude optimale et très précise de ces rayons cosmiques aux énergies >10 19 eV ou 10 EeV.

Espace & Altitude Pourquoi le site de Malargüe ? Randriatoamanana - LPNHE - JI km 2 de Pampa en Argentine Calme Sombre

C’est grand comment le réseau ? Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 6

Qui ? Et combien ? 370 chercheurs et ingénieurs de 17 pays Plus de 40 millions d’euros investis à ce jour Le CNRS est le principal organisme français de financement de l’observatoire Laboratoires français LPNHE (IN2P3) – Paris LAL (IN2P3) – Orsay IPN (IN2P3) – Orsay LPSC (IN2P3) – Grenoble APC (IN2P3) – Paris Observatoire des Sciences de l’Univers de Besançon (INSU) Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 7

Randriatoamanana - LPNHE - JI Copyright ® Science & Vie Communications antenna Electronics enclosure 3 – nine inch photomultiplier tubes Solar panels Plastic tank with 12 tons of water Battery box GPS antenna 11 square meter segmented mirror 440 pixel camera Aperture stop and optical filter

Le système de communication Conçu par l’Université de Leeds (Département Electronique/Radio) 5 tours équipées d’antennes, dont 4 sont chacune au pied du bâtiment de détection de la fluorescence avec les 6 télescopes Deux types interconnexions Connexion WLAN (1.2kbps – 915MHz ISM band) entre les cuves et les 4 tours du site Connexion haut-débit (16 canaux de 2.048Mbps chacun – 7GHz band) de type E1 micro-onde « point-to-point » entre les 4 tours sites et la tour centrale de l’observatoire. Protocole TCP/IP. Chaque SU (cuve) « discute » avec le BSU le plus proche. Peut envoyer par seconde 1 seul packet de 1200bits. Chaque BSU (5-6 par tour) couvre environ un réseau d’une soixante de SU. Peut envoyer un broadcast aux SU (1-2 paquet par seconde), soit 2- 3Mbps Randriatoamanana - LPNHE - JI2008 9

Randriatoamanana - LPNHE - JI Topologie réseau du système de communication de l’acquisition Source : Network Monitoring System v1.1 (V.Tunnicliffe, P.D.J Clark) Copyright ® University of Leeds 2006

Le système d’acquisition de données SA Combinaison des informations des triggers T2 de SA et de FA pour former un Central Trigger (T3-trigger) Demande aux détecteurs dans le run les données de ce Central Trigger (T3-data) Combinaison et stockage de ces données pour former un shower event « câlé » dans le temps Gestion de contrôle, de surveillance et de configuration des données des détecteurs Randriatoamanana - LPNHE - JI

Le système d’acquisition de données SA Deux types de données trigger génériques T2 : informations locales volatiles et bufférisées sur l’énergie brute des évts locaux (24bits). Elles ne sont pas sauvegardées (sauf action spécifique à la demande). Le nombre est limitée à 20 par seconde et par station, soit un flux continue ~500bits/sec sur les 1600bits/sec alloués. T3 : données sur la gerbe et information sur la calibration pour devenir peut-être un candidat évènement valide. Flux de données Trigger : 20Hz pour SD (~800kb/s) et <1Hz pour FD Data : traces FADC de SD + image CCD de FD + données calibration ; <100MB SD/an et ~120GB FD/an Control & Service : maintenance et gestion des détecteurs Monitoring : plotters and histogrammes Mirror : les données évènements distribuées vers CC et FNAL Randriatoamanana - LPNHE - JI

L’environnement de développement et de déploiement du DAQ offline Niveau 1 : système & réseau Linux 2.6.x sur x86_64 TCP/IP Niveau 2 : code & framework C/C++ CVS CMT (LAL) : gestion de packages, générateur de makefile Niveau 3 : communication inter-processus IkServer : version light de IkManager & Cm (Virgo/LAL) Randriatoamanana - LPNHE - JI

Les processus DAQ (CDAS) Postmaster (Pm) : interface de communication avec SA Construit et ordonne les T2 des 5 derniers seconds et les envoie à Ct Reçoit les SA/FD-T3 request candidats pour un broadcast au SA Fd Trigger Receiver (Fd) : interface entre FA et SA Transmet les FD-T3 pour le SA via Pm Central Trigger (Ct) : analyse et combine les informations T2 de SA pour former un central trigger. Event Builder (Eb) : construit les évènements T3 à partir des candidats SD et FD dans le run avec les numéros d’évènement donnés par Ct Run Controller (Rc) : configuration des détecteurs du SA Randriatoamanana - LPNHE - JI

Les applications/outils satellites du CDAS ED : Event Display (C++/ROOT/gTk) IkLsSend : gestion de contrôle à distance des cuves (Python+MySQL) CdaSurvey : gestion de contrôle des processus du CDAS (bash+perl) {Little|Big}Brother : interface web de visualisation et de maintenance de l’état des réseaux SD et FD (php+Ajax+MySQL) Netmon : outil de surveillance et de contrôle des radios et de la communication tours/SA/FA/CDAS Nagios : outil de surveillance de l’infrastructure système et réseau Cfengine : moteur d’administration de configuration Randriatoamanana - LPNHE - JI

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Topologie de l’environnement système & réseau du DAQ Randriatoamanana - LPNHE - JI

Quelques dates clés Randriatoamanana - LPNHE - JI : le Projet Pierre Auger a vu le jour lors de International Cosmic Ray Conference à Dublin, initié par Alan Watson et Jim Cronin (Nobel Prix en 1980) 1996 : le site de Malargüe a été choisi pour l’hémisphère sud 1998 : un engineering array de 32 cuves pour la R&D pour la valider la faisabilité du projet Février 2001 : 1 ère connexion réseau E1 (Cisco 2600) avec un des 4 tours du site 2002 : début de l’installation et de la production des cuves Janvier 2004 : 1 ère prise de données, > million de RC mais 27 seulement sont >60EeV Été 2005 : 1 er résultat physique Auger Juin 2008 : Dernier cuve installé avec l’eau et l’électronique, nous sommes à 1660 installés.

Une conclusion Randriatoamanana - LPNHE - JI Ou plutôt un commencement… Le site Sud marche et le site Nord est en marche Développement informatique (DAQ, réseau et système) Choix de technologies adaptées, maîtrisées et robustes Adaptation code pour le site Nord Pour la physique Les sources peuvent être autre chose que les AGN Auger Nord permettra d’accroître considérablement la puissance des études en particulier pour l’identification des sources, les mesures des champs magnétiques galactiques et extra galactiques, la compréhension des mécanismes d’accélération et peut être quelques surprises…

Merci… Questions ? auger.org auger.org.ar auger.cnrs.fr lpnhe-auger.in2p3.fr Randriatoamanana - LPNHE - JI2008