Pythia (Software)

Das Computerprogramm Pythia wird in der Teilchenphysik eingesetzt. Hier dient es dazu, an Teilchenbeschleunigern wie z. B. CERN Kollisionen zu simulieren bzw. zu generieren. Damit ist die Software gleichzeitig der am häufigsten eingesetzte Monte-Carlo-Ereignisgenerator. Die Berechnungen erfolgen auf Basis der Algorithmen der Wahrscheinlichkeitstheorie.

Es wird über die Pythia Software Zufallsproben einer Verteilung mit Zufallsexperimenten gezogen. Dies ist insbesondere dann hilfreich, um herauszufinden, durch welche Signale sich bei vom Standard abweichenden Physikmodellen am Teilchenbeschleuniger bemerkbar machen. Es ist sinnvoll, die Modelle über die Pythia Software vorab numerisch zu simulieren.

Für welche Simulationen wird die Pythia Software genutzt?

Klassisches Einsatzgebiet der Pythia Software ist die Teilchenphysik mit ihren unterschiedlichsten Anwendungsbereichen. Wenn beispielsweise ein Physikmodell ein neues Teilchen vorhersagt, können Annahmen vorgeschaltet werden. Sie helfen vor der Experimentierphase Hinweise auf die Signale zu erhalten, die im Experiment gesucht werden. Gegebenenfalls können die Detektoren der Simulation darauf optimiert werden.

Grundüberlegungen, die im Vorfeld angestellt werden können:

  • Welche Teilchen können produziert werden und wie sollen diese im Modell zerfallen?
  • Wie komplex und begrenzt ist die Messbarkeit von Zerfallsprodukten?

Die Simulation mit der Pythia Software erstellt ein klares Signal. Dieses beschreibt die Anzahl und Impulse der ankommenden Teilchen aus der Kollision. Mit dem Ziel, dass die Detektoren die entstandenen Teilchen im Rahmen des Beschleunigungsexperimentes nachweisen.

Experimente in Teilchenbeschleunigern gehören zu den wichtigsten Quellen zur Entdeckung von neuen physikalischen Phänomenen. Schwierig wird es, da die Experimente über Jahrzehnte immer größer gewordenen sind. Hier helfen Programme wie die Pythia Software bei der Suche nach neuen Teilchen. Die Pythia Software hat ein umfangreiches Portfolio an Einstellungen und Funktionalitäten. Pythia ermöglicht die Simulation unterschiedlicher Szenarien bei der Erforschung physikalischer Ereignisse.

In der daraus resultierenden Anwendung werden in Teilchenbeschleunigern, die Protonen auf eine enorme Geschwindigkeit beschleunigt. Sie prallen in einem der Detektoren aufeinander. Dabei wird die im Teilchen enthaltene Energie auf minimalem Raum in extrem kurzer Zeit in neue Partikel umgewandelt. Wenn sie auf die Detektoren treffen, beginnt die Datenanalyse. So werden ab hier Spuren ausgewertet und Fährten zu lesen versucht, um die Ereignisse der Kollision zu rekonstruieren.

Die dabei anfallenden Datenmengen sind exorbitant. Schon seit Jahren ist die Physik dabei, sie mithilfe von künstlicher Intelligenz zu klassifizieren, sortieren und zu ordnen.

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