实验物理模拟与数据分析工具  070200M02020H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:董燎原,平荣刚,曹国富
授课时间: 星期四,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼305
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070200M02020H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:董燎原,平荣刚,曹国富 助教:麦迪娜
英文名称: Computer Applications in Physical Research 召集人:

教学目的、要求

随着自然科学的不断发展,人类认识世界的不断深入,计算机在科研工作中的地位越来越重要,它已经成为科学工作者的必备研究工具和分析手段。本课程主要面向粒子物理与核物理专业学生,重点讲解粒子与核物理实验上的计算机模拟工具和实验数据分析工具,包括实验数据分析工具ROOT,物理事件产生模拟工具PYTHIA和粒子探测器模拟工具GEANT等的设计思想,软件框架和使用技巧,并详细讲解实验数据处理上的一些重要的工具,为学生将来的物理科研工作打下基础。

预修课程

概率与数理统计、粒子物理与原子核物理

教 材

PPT课件

主要内容

第一章:计算物理导引 (1学时) 

第二章:Linux使用与C++语言入门(3学时) 
Linux使用、文本编辑工具、SHELL脚本语言(重点)、GCC编译器使用、程序开发与测试、C++语言基本语法(重点)、对象与类

第三章:实验统计分析工具(14学时)
统计分析工具ROOT框架、ROOT的数据管理(重点)、数据图形表达、直方图分析(重点)、数据拟合(重点)、统计检验(重点)、多变量分析技术及工具TMVA(难点)、统计学工具 rooStats。

第四章:蒙特卡洛模拟(9学时) 
随机数产生器的不同算法和检验,蒙特卡洛模拟原理和方法(重点、难点)、蒙特卡洛模拟在物理学中的应用(重点)。

第五章:物理事件产生器(6学时) 
高能物理中强子化模型和通用事例产生子PYTHIA, 以及BES能区的产生子工作原理, 并详细介绍亮度测量产生子、连续能区强子截面测量产生子和粲偶素衰变产生子。

第六章:探测器模拟(15学时) 
探测器模拟原理、方法和对象(重点、难点)、GEANT模拟工具介绍和使用(重点)、GEANT模拟软件实例简介 

第七章:粒子物理实验软件与分析框架系统(2学时) 
大科学装置实验软件框架;实验数据流系统

教学手段与方法:课堂讲授,结合多媒体教学演示。结合实例分析。

考核方式:平时大作业,期末考试。

参考文献

1. 《The C++ Programming Language》, Bjarne Stroustrup 
2. The ROOT Users Guide, http://root.cern.ch 
3. 《实验数据分析(上下册)》,朱永生著 
4. 《实验数据多元统计分析》,朱永生著
5. PYTHIA,http://home.thep.lu.se/~torbjorn/Pythia.html 
6. GEANT Manuel, http://cern.ch/geant4