SOCI ADA (Seeker Of Coincidences In Astroparticle Detector Array) è un software realizzato appositamente per il progetto ADA da Domenico Liguori e Pasquale Barone, due fisici e insegnanti di fisica e matematica. Questo programma risolve egregiamente il problema della ricerca di eventi coincidenti nell'array di ADA.

Le coincidenze di ADA

Il progetto ADA in generale è dedicato a raccogliere dati sui raggi cosmici, ma in particolare è progettato per rivelare astroparticelle ad alta energia o raggi cosmici ultra energetici UHECR.
Analogamente agli osservatori professionali, l'evento ad alta energia si manifesta con una contemporaneità di segnali in rivelatori distanziati decine o centinaia di metri fino a qualche chilometro di distanza. Si può anche ipotizzare che se una sorgente cosmica emettesse grappoli di particelle (come fa un acceleratore di particelle in laboratorio) e ammesso che arrivassero contemporaneamente sulla Terra, esse potrebbero generare particelle secondarie capaci di coprire - in brevi istanti - un'area di centinaia di chilometri quadrati (a questo proposito sono state compiute simulazioni tramite il modello di calcolo CORSIKA).
Possiamo affermare (ambiziosamente) che se ogni istituto scolastico avesse un proprio rivelatore AMD5 lo scopo del progetto ADA sarebbe espletato.

I dati di ADA

Ogni giorno ciascun rivelatore collegato alla rete di ADA genera un file di testo che contiene tutti i dati registrati dal rivelatore nel corso della giornata, ogni file contiene 1440 stringhe con ora, data, minuto e secondo del conteggio dei raggi cosmici. Questi dati si accumulano giorno per giorno ed è facile calcolare che in un anno si formano 525.600 stringhe. Questo avviene per il campionamento temporale di un minuto. Con la versione 3.02 di AstroRad il campionamento temporale è anche di 5 secondi, in numeri questo significa 17.280 stringhe al giorno ovvero 6.307.200 all'anno! In aggiunta a questo abbiamo i file relativi al tempo esatto di arrivo delle particelle fino al millisecondo di risoluzione temporale.
Tutto questo si traduce in un costo - in termini di tempo - da dedicare all'analisi dei dati.

Il procedimento di analisi dei dati

Al momento il sistema dedicato ad ADA, nel caso ci sia un conteggio di raggi cosmici (muoni) che supera una soglia arbitrariamente impostata invia una e-mail ai responsabili dei rivelatori, ma questo non significa che ci siano stati eventi contemporanei. A quel punto chi fosse interessato a verificare l'andamento dei dati dovrebbe scaricare dal server i file della giornata e analizzarli con qualche software (e.g. Excel, Maxima, SciLab, Mathematica...) e se scoprisse una coincidenza con risoluzione temporale di un minuto dovrebbe ripetere l'analisi con i files a risoluzione temporale di 5 secondi e in seguito analizzare anche i file di registrazione del tempo di arrivo delle particelle (realtime).

Mancava perciò uno strumento che facilitasse il compito di scovare le coincidenze perdendo meno tempo possibile.

SOCI ADA

Il software creato da D. Liguori e P. Barone è un potente strumento che facilita l'individuazione di eventi coincidenti, si può usare manualmente caricando "al volo" i dati che interessano, semplicemente impostando la data del giorno che si vuole analizzare, oppure lasciarlo in funzione ogni giorno in completo automatismo.
SOCI ADA estrae da un singolo file solamente gli eventi che superano il valore medio totale sommato al valore di n volte δ (valore della deviazione standard), con n impostabile a piacere (default 3).

Questi dati vengono poi salvati in altri file facilmente identificabili nella cartella di lavoro prescelta ed è quindi possibile caricarli per verificare le coincidenze e stampare un grafico degli eventi.

Figura 1, il software SOCI-ADA.

 

Figura 2, eventi che superano la soglia ma non coincidenti.

 

Figura 3, eventi coincidenti tra due rivelatori, l'eventuale coincidenza viene chiaramente indicata sia testualmente che graficamente.

Il software sarà sempre più prezioso con il progressivo aumento dei rivelatori. A quel punto un'eventuale coincidenza tra più rivelatori segnalata da SOCI ADA sarà una firma indelebile di un raggio cosmico prodotto da particelle UHECR.

N.B. SOCI è compatibile solo con sistemi operativi a 64bit, per scaricare il software cliccare sull'immagine qui sotto:

 

 

1 - Directory di lavoro
Le operazioni seguenti possono essere eseguite in qualsiasi ordine, comunque una delle prime cose da fare è quella di impostare la directory di lavoro: posizionandosi nel campo indicato dalla freccia 1 scegliere il percorso per la destinazione dei file.

 

2 - Scegliere i rivelatori
Scegliere tramite i campi indicati dalla freccia 2, i siti dei rivelatori che si vogliono analizzare, ad esempio quelli indicati in seguito a un allarme ricevuto via e-mail dal sistema automatico.

 

3 - La data
Scegliere la data, ricordandosi che la data scelta corrisponde al giorno seguente a quello di rilevamento dei dati, cioè se si è interessati ad analizzare il giorno 10 ottobre bisognerà impostare la data del giorno successivo: 11 ottobre.

 

4 - Soglia di allarme
La soglia di "allarme" in cui cioè il numero di particelle aumenta per qualche evento straordinario è impostata a 3 volte il valore della distribuzione statistica (sigma) sopra al valore medio. E' possibile cambiare questo valore impostando un numero arbitrario dal menu a comparsa indicato dalla freccia 4.

 

5a - Avviamento con la data
Cliccare sul pulsante "Cerca i valori > soglia per la data scelta" (freccia 5a), il software analizzerà i dati e salverà i file relativi, nella cartella di lavoro impostata.

5b - Opzione di avviamento con la data odierna
Se si vuole analizzare i file del giorno in corso, invece di impostare la data sarà sufficiente cliccare sul pulsante "Daily data" (freccia 5b), questo è particolarmente utile nel caso si vuole analizzare i dati immediatamente dopo la ricezione della e-mail di allarme; anche in questo caso il software salverà alcuni file nella cartella di lavoro impostata.

5c - Opzione di avviamento "Automatico"
Con il pulsante verde "Cerca i valori > ogni 24h.."(freccia 5c) si può impostare l'analisi automatica che il software ripeterà ogni 24 ore.

Se tutto procede correttamente i file saranno salvati senza conferma, altrimenti saranno visualizzati degli errori.
Uno dei più probabili è che il file da analizzare non sia reperibile, si presenterà allora una finestra di dialogo (come la seguente), seguita da un'altro messaggio che indicherà quale file è mancante. Questo messaggio può comparire anche in caso di problemi di rete, cioè se per qualche motivo il sito del rivelatore in quel momento non è disponibile; quindi si può tentare nuovamente il passaggio al punto 5 per avere conferma della presenza, o assenza del file.

 

6 - Analisi dei file
Per controllare i file salvati: cliccare sul pulsante rosso "grafico", comparirà la finestra per scovare le coincidenze e "graficarle".
Dal pulsante "seleziona file" aprire i file salvati, uno alla volta. Si possono confrontare fino a tre file contemporaneamente, ma con il pulsane "reset grafico" si può ripetere l'operazione e analizzare anche tutti i file dell'array di ADA precedentemente salvati.

N.B. se si caricano tre file (a,b,c), il software analizza la coincidenza solo a tre, cioè se tra i primi due (a e b) non trova nessuna coincidenza, non segnalerà alcuna coincidenza, nemmeno se tra gli altri (a,c o b,c) ce ne fossero.

 

Esempio 1
In questo caso (immagine sotto) nessuno degli eventi che ha superato la soglia "normale" è coincidente a livello temporale con quello di altri rivelatori.

 

Esempio 2
In questo esempio (reale) c'è una coincidenza tra i dati dei due rivelatori analizzati. Il dato della coincidenza è riportato nell'apposita finestra di dialogo (immagine sotto).

 

Esempio 3
Nell'esempio seguente (simulato) c'è una coincidenza tra i dati dei tre rivelatori analizzati. I dati della coincidenze sono riportati nell'apposita finestra di dialogo.

Gli eventi in coincidenza sono indice di particelle primarie ad alta energia che bombardano l'atmosfera, maggiore è il numero di rivelatori che segnalano la coincidenza e più è alta la probabilità che sia stata una particella UHECR a produrre le coincidenze.

Stabilito che l'evento coincidente è interessante (può esserlo già con soli due o tre rivelatori) si può procedere all'analisi dei file di campionamento a 5 secondi. Se la coincidenza è confermata anche entro questo tempo, si procederà ad analizzare i file dei realtime ovvero il tempo esatto di arrivo delle particelle: sciami appartenenti allo stesso evento primario saranno coincidenti anche entro pochi millesimi di secondo, sciami invece appartenenti a particelle "sorelle" (supernova) possono anche avere diverso indice temporale.

In caso di eventi di particolare rilievo sarà organizzato un confronto tra i partecipanti del progetto ADA (ad esempio meeting in videoconferenza).