Main research lines:

• Elementary particle physics research in accelerator experiments and underground labs.
• Design, construction and operation of general purpose particle physics experiments.
• Search for physics beyond the Standard Model.
• Measurement of CP-violating observables in decays of B mesons.
• Experimental tests of leptonic universality in the Standard Model.
• Search for particle decays violating lepton number conservation.
• Measurement of observables in proton-nucleus collisions in LHCb to study matter in high-density and high-temperature conditions.
• Search for neutrinoless double-beta decay.
• Construction and caracterization of radiation-hard semiconductor detectors to be used in particle physics experiments and other applications.
• Design of readout electronics for particle physics detectors.
• Measurement of radiation-induced damage in particle detectors and other electronic devices.
• Design and implementation of high-speed lines to transmit digital signals.
• Management and processing of big amounts of data (Petabytes).
• Distributed computing tecniques (GRID, Cloud). System administración of distributed computer centres.
• Multivariate analysis tecniques. Pattern recognition algorithms. Machine Learning tecniques
• Objet oriented programming, especially Python and C++.

Se mencionan a continuación los proyectos técnicos que actualmente desarrolla el grupo. Simultáneamente con éstas tareas, antes del inicio del experimento, está prevista la participación dirigida de estudiantes de doctorado en los grupos de trabajo creados en el CERN para el estudio de las asimetrías CP en nuevos canales, y para la búsqueda de desintegraciones de quarks pesados que, prohibidas en la teoría electrodébil, puedan suponer el descubrimiento de nueva física.

• Construcción del Silicon Tracker de LHCb

El Grupo de Altas Energías de la USC es corresponsable, junto con los grupos de Zurich, Lausanne y Heidelberg, de la construcción e instalación en el acelerador del LHC del Silicon Tracker de LHCb . El proyecto actualmente en curso consiste en llevar a cabo, junto con el segundo de los grupos citados, una cadena de montaje y pruebas de las tres estaciones de micropistas de silicio (ST1-ST2-ST3) que se sitúan alrededor de la tubería del haz de protones del LHC. Ello requiere un control exhaustivo de todos los parámetros de operación del tracker, para garantizar su perfecto funcionamiento, en términos de eficiencia y resolución espacial, durante el tiempo de vida del experimento, que se estima en 10 años. Resulta especialmente crítica la elevada ocupación de partículas cargadas que se espera en estas estaciones, al disiparse sobre ellas la enorme energía concentrada por el acelerador en los protones colisionantes, cuya masa relativista se verá aumentada en un factor 7000. Los daños causados por la irradiación sobre los sensores y sobre la electrónica asociada deben ser evaluados, lo cuál requiere la realización de pruebas con haz en el CERN. De acuerdo con las previsiones de irradiación, el sistema de alimentaciones eléctricas debe dotarse de un estricto sistema de monitor y control, operativo desde la sala de operaciones del experimento, lo cuál es una de las tareas de nuestro grupo. Otro aspecto de especial importancia es la adecuada realización de la microsoldadura de los ASIC de la electrónica frontal, que debe realizarse directamente sobre las pistas detectoras, y sobre los circuitos híbridos necesarios. El muy elevado número de conexiones (varios cientos de miles) y su estabilidad, exige un sistema completamente automatizado, y un entrenamiento específico de nuestro equipo de técnicos.

• Desarrollo de infraestructura de computación GRID para análisis de datos de LHCb.

El acelerador LHC generará cada año unos 12 millones de GigaBytes (~20 millones de CD´s) de datos, y trabajarán en su análisis del orden de 6000 físicos repartidos por universidades y laboratorios de todo el mundo. Esto supone un desafío computacional sin precedentes, tanto desde el punto de vista del volumen de datos a analizar como de la complejidad implícita en el trabajo coordinado de 6000 personas sobre una base de datos distribuida geográficamente por todo el planeta. Se estima que serían necesarios unos 100000 PC´s de hoy en día para procesar los datos que se generarán en un año. Cuando en 2008 el LHC entre en operación, los procesadores serán más potentes y se necesitarán menos PC´s, pero aún así será un número muy elevado y estarán distribuidos por todo el mundo. En pocas palabras, podríamos decir que el objetivo de los proyectos de computación GRID es conseguir que todos estos ordenadores funcionen conjuntamente creando al usuario final la ilusión de estar frente a superordenador de potencia infinita.

Este objetivo supone un desafío científico formidable, porque no se trata simplemente de aunar la potencia de esos ordenadores para que trabajen como uno sólo en una tarea específica, sino que tendrán que poder realizar eficazmente todas las tareas propias del trabajo científico del físico de partículas. Esto implica multitud de procesos heterogéneos ejecutándose simultáneamente en numerosas CPU´s y accediendo a bases de datos diseminadas por todo el planeta. La seguridad en la red y el sistema de autorización y verificación de usuarios, por citar sólo un aspecto del problema, plantea la necesidad de desarrollar complejos paquetes de software de administración.

Se denomina GRID middleware al software necesario para que los recursos de cálculo distribuidos funcionen de la manera que hemos explicado, y uno podría imaginarlo como un meta sistema operativo que gestiona un ordenador virtual planetario, de modo análogo a como un sistema operativo tradicional gestiona los recursos de un único ordenador y hace que los puedan usar simultáneamente varios usuarios.

La Universidad de Santiago de Compostela participa, coordinadamente con otros grupos españoles, en el proyecto de computación GRID para el LHC, conocido mediante las siglas LCG (http://lcg.web.cern.ch/LCG). El objetivo del proyecto LCG, y en particular de su versión española LCG-ES, es establecer un sistema de computación GRID para los físicos de partículas de altas energías. En colaboración con el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) y la Universidad de Barcelona, estamos operando un centro Tier2 para el experimento LHCb del CERN que consta en la actulidad de cerca de un centenar de nodos de cálculo. Este centro forma parte del GRID inicial creado por universidades y laboratorios de todo el mundo para los experimentos del LHC. La infraestructura GRID irá extendiéndose en el futuro hasta conformar una verdadera red planetaria, como ha pasado con la World Wide Web.

Las aplicaciones de la computación GRID trascienden, por supuesto, la física de partículas. Prácticamente todas las disciplinas científicas van a verse beneficiadas de los resultados de estos proyectos de investigación.

• Análisis de datos del experimento DIRAC