👐🏼 👨🏽‍🍳 Ⓜ️ 40年来分析高能物理中的大量数据：Rene Bran访谈 🧑🏿 👨🏼‍🎓 🔊

Rene Brun 在CERN（位于日内瓦的国际核研究实验室）的40多年职业生涯中，开发了许多软件包，这些软件包已被广泛用于高能物理中。由于这一基本贡献，他最近获得了欧洲物理学会（EPS）高物理粒子物理分会的特别奖。我们与他谈了这个故事的关键事件。

很难想象，同一个人可以创建这么多在CERN和高能物理领域开发的最重要，使用最广泛的软件包：HBOOK，PAW，ROOT和GEANT。这个充满激情和有远见的人是刘若英麸皮，现在的荣誉会员CERN，谁最近被授予了高能粒子物理EPS部（欧洲物理协会）“的特别奖的杰出和原创性贡献，以软件工具进行数据处理，检测建模和分析，数十年来帮助创造了粒子和高能物理方面的实验。”在欧洲核子研究中心（CERN）的 40多年职业他与各种杰出的科学家一起工作，我们不能忘记，实现这些努力始终是共同努力的结果。尽管如此，Rene在产生新想法，提出项目建议以及勤奋而热情地将其变为现实方面无疑具有优势。

他的发明之一ROOT是一种数据分析工具，广泛用于CERN和其他实验室的高能和核物理实验中。根已经超越了物理学，现在已用于其他科学领域，甚至在金融领域。 GEANT是由Rene Bran开发的非常成功的软件包，它使您可以在探测器中模拟物理实验和粒子相互作用。它的最新版本GEANT4目前是主要的探测器建模工具。

但是，即使在最年轻的物理学家中众所周知的ROOT和GEANT4出现之前，也为他们提供了许多其他项目和软件工具。 Rene 在2017年由实验物理系在CERN组织的一次研讨会上讲了一个令人兴奋的故事。

这一切始于1973年，当时他被CERN数据处理部门聘用，与Carlo Carlobia（诺贝尔奖获得者，CERN的董事之一）一起在ISR（世界上第一台强子对撞机）的R602实验中工作。他的职责是帮助开发用于碰撞模型在线重建的特殊硬件处理器。但是，由于这种开发速度缓慢且耗时不多，因此要求Rene编写用于在多线比例摄像机中重建事件的软件。“那时，我讨厌软件， ” Rene笑着承认。“我在博士学位论文中写过软件，在克莱蒙费朗（Clermont-Ferrand）学习并在周末的欧洲核子研究组织（CERN），我不是很喜欢。我加入了Carlo Rubbia小组，并提出了“我会在硬件上工作的承诺”，但是很快我又成为了“软件专家”…… ”

Rene很快意识到，他们无法通过软件实现（在Fortran4上编程）。使用硬件，此外，他还开发了名为HBOOK的直方图包。这样就可以进行非常简单的数据分析，创建直方图，填写直方图并将结果发送到线性打印机。他还编写了一个名为HPLOT的程序，该程序专门绘制HBOOK生成的直方图。

当时没有图形设备，因此可视化直方图的唯一方法是在线性打印机上打印它们，并且程序以打孔卡的形式编写。

雷内（Rene）亲切地回忆起花在打卡上的时间，而不是花在程序本身上的时间，这是缓慢而累人的，而是花在数据处理部门的打孔机和打印机所在的房间以及附近咖啡馆上的长时间聚会上（当时她昼夜不停地从事酒精的销售）。在这些漫长的时间里，他可以与同事讨论想法和新技术。

由于引入了电传打字机，取代了打卡机，因此取得了巨大的进步。用户可以在磁盘上创建程序，并与名为FOCUS的中央计算机交换数据，同时，可以像普通类型的计算机一样，在一卷纸上看到他们在做什么。 “ 它的工作原理可以使今天的人们微笑的样子在刘若英回忆道，”” 为了进入FOCUS，你必须输入一个团队，开启在计算机中心的红灯。看到光，操作员必须将可以在磁盘上开始会话的已连接人员的磁带插入机器的内存中。用户注销后，会话再次重置为磁带。您可以想象运动！但这比打孔卡快得多。“

一段时间后，电传打字机又被Tektronix 4010终端所取代，这带来了更大的革命，因为它使以图形形式显示结果成为可能。这种新的非常昂贵的设备使Rene可以加快软件开发速度：首先是HBOOK，然后是另一个名为ZBOOK的软件包，以及GEANT的第一个版本。 GEANT1是由他和他的电子实验小组的同事于1974年创建的，是使用蒙特卡洛方法对简单探测器进行建模的工具。逐渐地，他们在该软件中添加了功能，并且能够播放粒子碰撞：这就是GEANT2诞生的方式。

1975年，蕾妮（Renee）加入了NA4实验，该实验是一种无弹性的深μ子散射实验，卡洛·鲁比亚（Carlo Rubbia）。在那里，他参与了新图形工具的开发，该工具允许使用称为CalComp绘图仪的设备打印直方图。该机器可以处理10米长的纸卷，比线性打印机的分辨率要好得多，但是非常昂贵。 1979年，引入了微缩胶片系统：可以检查保存在胶片上的直方图，然后将其发送到绘图仪以仅打印有趣的直方图。这减少了使用CalComp的成本。

Rene应该继续在UA1实验中与Carlo Rubbia合作为此，他做了很多建模工作。但是相反，在1980年底，他加入了OPAL实验，在那里他对探测器进行了所有建模，并创建了GEANT3。

在开发HBOOK系统时，Rene在1974年开发了一个名为ZBOOK的内存管理和I / O系统。该工具是HYDRA系统的替代方案，该系统是由一组气泡室Julius Zoll（也是另一个名为Patchy的控制系统的作者）开发的。

考虑到拥有两个相互竞争的系统毫无意义，1981年，Emilio Pagiola建议开发一种名为GEM的新软件包。当三个人在GEM项目上努力工作时，Renee和Julius开始一起进行测试，以将他们的系统ZBOOK和HYDRA与GEM进行比较。这些测试的结果是，他们得出结论：新系统比它们慢得多。

1983年，当时的计算机部总监Jan Butterworth决定在CERN仅支持ZBOOK，并且应停止GEM，并且冻结HYDRA的开发。 ”我的小组组长汉斯·格罗特（Hans Grote）来到我的办公室，握手说：“恭喜，蕾妮，你赢了。”但是我立即认为这个决定是不公平的，因为实际上两个系统都具有良好的功能，而Julius Zoll是一位出色的软件开发人员。 “

由于这项决定，Renee和Julius开始了合作，并共同开发了一个结合了ZBOOK和HYDRA最佳功能的软件包。由于两个原始系统名称的组合，因此新项目名为ZEBRA。 ”当朱利叶斯和我宣布我们进行合作时，扬·巴特沃思（Jan Butterworth）立即致电我们俩到他的办公室，并告诉我们，如果ZEBRA系统在6个月后不起作用，我们将被欧洲核子研究组织（CERN）解雇。的确，在不到两个月的时间内，我们就能展示出ZEBRA系统的主要工作版本。 »

同时，直方图和可视化工具也在开发中。 Rene整合了HBOOK和HPLOT的交互式版本，称为HTV，该版本运行在Tektronix机器上。但是，在1982年，个人工作站的出现标志着一场革命。第一个出现在欧洲的个人工作站，阿波罗，在性能和性能方面实现了飞跃：与以前的任何其他设备相比，它速度更快，具有更多的内存和更好的用户界面。 “ 阿波罗邀请我去波士顿参观他们，”雷内说。 “ 当我第一次看到Apollo工作站时，我感到非常震惊。我立即意识到这可以将我们的开发速度提高10倍。我强迫自己努力工作，我认为在短短的三天内就为它改编了大约20,000行代码。”

Rene为Apollo工作站改装HTV的工作引起了UA1合作中的Rudy Beck，Luke Pape和Jean-Pierre Revol的关注他们还提出了一些改进建议。因此，在1984年，他们中的三个人提出了一个基于HBOOK和ZEBRA的新软件包的提案，他们将其称为PAW（物理分析工作站）。

PAW小组：（左）Rene Bran，Pietro Zanarini，Olivier Cue（站立）和Carlo Vandoni。

经过第一阶段的不确定性之后，PAW项目迅速发展，并引入了许多新功能，包括由于工作站内存的增加。“在某个时候，PAW软件发展如此之快，以至于我们开始收到无法跟上开发进度的用户的抱怨，” Rene笑着说。 ”也许我们有点天真，但绝对热情。”

通常用于科学计算的编程语言是FORTRAN。特别是那时，FORTRAN 77（于1977年推出）在高能物理学家社区中得到广泛应用，其成功的主要原因是其结构合理且易于学习的事实。此外，当时使用的所有计算机都提供了非常有效的实现。结果，当新的FORTRAN 90出现时，很明显它将取代FORTRAN 77，并与以前的版本一样成功。 ”我非常记得计算部门的负责人Paolo Zanella，他说：“我不知道下一代编程语言会做什么，但是我知道它的名字：FORTRAN。 »

在1990年和91年，Rene与FORTRAN的杰出专家Mike Metcalf一起努力使ZEBRA软件包适应FORTRAN90。但是，这些努力并未取得令人满意的结果，并且引发了关于继续使用FORTRAN或改用FORTRAN的可能性的讨论。另一种语言。在这个时期，面向对象的程序设计迈出了第一步，而互联网的创建者Tim Berners Lee（互联网的创建者）也加入了Rene小组。

提姆必须开发一个名为XFIND的文档系统来代替以前的FIND，该系统只能在应该用于其他设备的IBM机器上工作。但是，他认为应该执行的程序有点笨拙，当然，不是解决该问题的更好方法。因此，他提出了另一种解决方案，该解决方案具有更加分散和适应性强的方法，主要需要大量的标准化工作。在这种背景下，Tim提出了他关于服务器和客户端的著名思想- 万维网，它是使用面向对象的语言（Objective-C）开发的。当我问雷内：“怎么样？”他的回答震惊了我-“这不是感谢，而是与欧洲核子研究组织相反。”

这是一个非常热门的时期，因为新型LHC加速器（大强子对撞机）的实验设计和仿真阶段已经开始。重要的是要决定将在这些新项目中使用的编程语言和软件工具。

在INFN组织的ERICE研讨会上1990年11月，然后在1992年9月于法国安纳西举行的高能物理计算机工程会议上，世界高能物理领域的``专家''聚集一堂，讨论了编程语言以及在该领域开发软件的可能方向。大型强子对撞机的高能物理。在许多提议的语言中有Eiffel，Prolog，Modula2等。

1994年，启动了两个研究和开发项目：RD44用于在GE ++新版本（将成为GEANT4）的C ++中进行开发，以及RD45用于研究LEP大型电子-正电子对撞机的实验的面向对象的数据库解决方案。

根据Rene的说法，他的部门分为三类：那些想呆在FORTRAN 90上的人，那些依赖C ++的人以及对使用商业产品感兴趣的人。 “ 我提出了一个开发程序包的建议，该程序包可以将PAW转移到面向对象编程的世界。但是我叫ZOO的项目被拒绝了，甚至有人提议我去度假， ” Rene承认。

然而，后来这一打击对瑞妮来说真是好运。其首领大卫·威廉姆斯（David Williams）邀请他参加NA49实验在欧洲核子研究组织（CERN）的北部，需要有人来帮助软件开发。起初他拒绝了。多年以来，他领导GEANT和PAW项目，并从事各种小组和应用程序的建模或软件开发，因此同意在特定实验中重返工作对他来说似乎是一个很大的限制。

但是，他对此进行了思考，并意识到这是一个机会，可以花一些时间完全自由地开发新软件。他参观了Privesan工地上的NA49大楼，看到窗户上的松树和松鼠，感到这确实是他新项目所需的非常安静的环境。因此，他将工作站从他的办公室移至Privessan的网站（“我是在周末甚至没有告诉David Williams的情况下做到这一点的，并且在从事NA49工作时，他学习了C ++，将大多数HBOOK软件翻译成C ++。

1995年初，雷恩（Fennes Raidemakers）加入了雷恩（ NAS），与他合作。他们共同努力，并创建了著名的ROOT系统的第一个版本。该名称仅来自两个创始人（Renmaker的René和Rdm）的电子邮件地址的首字母，双O面向对象和技术一词的组合。但是“根”一词的含义或词也很适合作为开发更多软件并在其体系结构中使用树结构的基础。

那年11月，Rene举行了一次研讨会，介绍ROOT系统。 “ ！计算机房间里充满意外 ”刘若英回忆道：“ 我想这是因为人们认为冯斯希和我已经从软件领域消失了，突然我们回来了！ ”而事实上，根系统引起了相当大的兴趣。

但是，尽管Rene和Fons完全致力于开发新软件包，但有权决定LHC的新实验应采用哪种新软件的RD45项目建议使用商业产品“ Objectivity”。”。并且继续进行大量工作来开发应用程序以满足高能物理的需求。根据Rene所说，有一个明确的意图是防止ROOT的发展和传播。 1996年春季，CERN的计算主管Lorenzo Foa宣布，ROOT项目被视为一项私有计划NA49，CERN管理层未提供此项支持，并且官方开发线旨在达到客观性。

“ 我认为LHC Computing Board对这些软件工具的体系结构没有正确的认识，因此可以判断哪种解决方案是最佳的。因此，他们必须相信所告诉的内容， ” Rene评论。 ”当专家和用户之间在工作和必须做出重要决定的人员之间存在如此大的差距时，这总是一个问题。”

但是，Renee和Fons继续使用ROOT的开发，并使用从以前的软件包中汲取的教训（尤其是用户的要求和批评）吸纳了新功能。此外，他们还通过客观性密切监视官方线路的发展，以发现使用该线路的人们正在寻找什么以及存在的问题或困难。 “ 我们越看待客观性，就越能意识到它不能满足我们社区的需求，”雷内补充道，“我们知道该系统将崩溃，并且人们最终会意识到它。这给了我们更多的精力和动力来努力工作和改进我们的产品。 »

他们得到了NA49和ALICE合作以及来自ATLAS和CMS的许多人的持续支持，他们看到了此软件包的巨大潜力。当时，Rene与许多人合作进行了两个实验，包括法比奥拉 ·吉安诺蒂（CERN现任主任）和丹尼尔·弗罗德沃（Daniel Frodevo），特别是为探测器建模。此外，得益于PAW和GEANT用户的支持，许多用户多年来一直信任他们。

当对ROOT的兴趣在CERN之外增长时，情况开始发生变化（这很奇怪，但口号Zagranitsa将帮助我们！在俄罗斯以外的地区工作）。 1998年，两个实验实验室对其进行了研究。CDF和D0在美国的Enrico Fermilab（Fermilab）决定根据即将举行的Tevatron会议来讨论其软件的未来。因此，他们为软件解决方案开了两个标书，一个标书用于数据存储，另一个标书用于数据分析和可视化。勒内（Rene）向这两次比赛都发出了根（ROOT）。在芝加哥举行的CHEP会议期间（虽然我在缺席的情况下与他合作了相当长的一段时间，但我还是第一次与Rene会面。
在那儿他给我提供了一份工作），讨论了提案，并在最后一天公开宣布CDF和D0将接受ROOT。雷内说：“ 我没想到这一点。我记得当宣布这一决定时，所有人都转过头看着我。”不久，RHIC实验在布鲁克海文国家实验室作出同样的决定。当BaBar的物理学家在尝试使用Objectivity进行了多年尝试之后，他们在SLAC中进行实验时，意识到它的系统不如预期的好，因此他们转向了ROOT。

渐渐地，很明显，整个高能物理学界都在“自然地”向ROOT迈进，CERN领导层不得不接受这种情况，并最终予以支持。但这只是在2002年发生。随着分配给该项目的劳动力的增长（Rene开玩笑说：“ 您是第一位正式获得ROOT薪水的CERN雇员 ”），ROOT继续快速发展，用户数量急剧增加。 ROOT也开始传播到其他科学分支以及金融领域。 “ 2010年，我们平均每月有12,000个软件包下载，并且ROOT网站的访问者多于CERN。”

ROOT软件包的徽标。

雷内（Rene）于2012年退休，但他的两个最重要的后代，在许多年轻科学家的努力下，ROOT和GEANT继续发展。 “ 我认为，持续不断的激励很重要，它将促使您改进产品和出现新的解决方案。对此，年轻人的贡献非常重要。但是，正如他所承认的，真正使他和他的同事们如此努力工作的原因是，多年来总是有几个竞争对手，尽管在许多情况下，他们是一个挑战，甚至是相互干扰。 “ 如果您有对手，但知道自己是对的，那么您注定要成功。 “

高度重视用户需求也非常重要，因为它有助于开发软件并建立与人的信任关系。 ”我一直说过，您应该优先考虑用户支持， ” Rene解释道。 “ 如果您在10分钟内回答请求，您将获得10分，在一小时内您将获得2分，一天之内您将获得-10分。对问题和评论的回答是基本的，因为如果用户对您提供的支持感到满意，他们就可以信任您接下来提供的服务。 ”

现在他辞职了，Renee仍在CERN监视软件开发，但仅作为外部观察员。这并不意味着他抛弃了他的科学兴趣，相反，由于他正在开发物理模型，因此他现在将大部分精力投入到更具理论性的项目中。在业余时间，他喜欢园艺。他热爱花朵，但不禁以科学的眼神看着它们：“ 我的同事，一位数学家，我已经开发出一种数学模型来说明花朵的结构和生长方式。”

精明的头脑永远在工作。

关于你自己的一点

ROOT.
.
.
— . .
— « ».
, , « » ! .
, , , , .

40年来分析高能物理中的大量数据：Rene Bran访谈

More articles: