transparencies - Agenda Catania

LNS
NEMO ed ANTARES:
applicazioni sulla griglia
R. Coniglione
per la collaborazione NEMO
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Fisica Astroparticellare
LNS
Parallelamente alle ricerche svolte con l’uso di acceleratori, la fisica
delle alte energie ha visto da qualche decennio la nascita e lo
sviluppo di un nuovo campo sperimentale che lega le conoscenze di
astrofisica a quelle della fisica delle particelle: la fisica
astroparticellare.
Lo studio dei fenomeni considerati in questo ambito non richiede
acceleratori; gli eventi avvengono spontaneamente per effetto della
radiazione cosmica o dei decadimenti rari. I fisici hanno dunque
scelto di osservare tali fenomeni installando rivelatori sotto la
superficie terrestre o posizionando in alta quota apparati di grande
estensione per ottenere informazioni su sorgenti cosmiche.
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Perchè l’astronomia con neutrini?
LNS
La rivelazione di raggi cosmici fino ad energie di circa 1020 eV è uno dei
successi dell’astrofisica moderna… ma ci sono ancora dei problemi
non risolti:
• il meccanismo di accelerazione di particelle in sorgenti astrofisiche
• l’identificazione delle sorgenti di raggi cosmici di alta energia
• I neutrini attraversano lo spazio senza essere deflessi o attenuati
 La determinazione della loro direzione di provenienza permetterà di
individuare le sorgenti che emettono neutrini
 Permetteranno di “guardare” dentro oggetti ad alta densità di
materia
 La loro rivelazione permetterà di distinguere fra processi di
accelerazione adronici o leptonici
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
L’astrofisica con neutrini di alta energia
LNS
I protoni possono raggiungere la Terra ma sono
deflessi dai campi magnetici galattici e intergalattici
“acceleratore”
cosmico
I raggi gamma ed i protoni di
altissima energia vengono assorbiti
dal fondo di radiazione cosmica
I neutrini raggiungono la Terra viaggiando in linea
retta e permettono di osservare direttamente la
sorgente
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
Sorgenti candidate per l’emissione di neutrini di alta
energia (> TeV)
Jets and cores of Active Galactic Nuclei
Galactic Microquasars
R. Coniglione
LNS
Gamma Ray Bursts
Galactic SuperNova Remnants
Galactic Centre
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Catania, 13th March 2006
LNS
Astronomia con neutrini di alta energia
I deboli flussi di neutrini attesi richiedono un
rivelatore di dimensioni dell’ordine di 1 km3
Radiazione luminosa
Cherenkov prodotta dal
passaggio del muone
Torri con
sensori
ottici
Abissi Marini:
Profondità 3500 metri
Muone
neutrino
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Il contesto internazionale
90’s:
2000:
2010:
BAIKAL, AMANDA, NESTOR
ANTARES, NEMO R&D
ICECUBE
Mediterranean KM3 ?
LNS
BAIKAL
Pylos
Mediterranean
km3
La Seyne
Capo Passero
AMANDA
ICECUBE
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
LNS
Il Mediterraneo
ANTARES
NESTOR
NEMO
2400 m
3400 m
R. Coniglione
3800:4000 m
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Il progetto NEMO
LNS
NEMO (Neutrino Mediterranean Observatory)
Ricerca e Sviluppo di nuove tecnologie per applicazioni in
ambienti abissali (meccanica, elettronica, controllo potenza,
trasmissione dati, sensoristica oceanografica)
Ricerca e caratterizzazione del sito italiano candidato per
l’installazione del telescopio sottomarino del tipo km3
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
La Collaborazione NEMO
LNS
INFN
Bari, Bologna, Catania, Genova, LNF, LNS,
Napoli, Pisa, Roma
Università
Bari, Bologna, Catania, Genova, Napoli,
Pisa, Roma “La Sapienza”
CNR
Istituto di Oceanografia Fisica, La Spezia
Istituto di Biologia del Mare, Venezia
Istituto Sperimentale Talassografico, Messina
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (OGS)
Istituto Superiore delle Comunicazioni e delle Tecnologie
dell’Informazione (ISCTI)
Più di 80 ricercatori dell’INFN e dei principali enti di ricerca italiani coinvolti
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Il sito abissale di Capo Passero
LNS
• Profondità di oltre 3500 m sono raggiunte a
distanze
inferiori a
R. Coniglione
100
km
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
L
I
l
r
i
v
e
l
a
t
o
r
e
k
N
m
S
3
Telescopio km3
Stazione di terra
Cavo elettro-ottico
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania,
Il progetto NEMO Fase-1
Stazione di terra
I Laboratori Nazionali del Sud
hanno realizzato un’infrastruttura
sottomarina a Catania per il test
dei prototipi del telescopio km3 e
per l’installazione di un
osservatorio sismico e ambientale
dell’INGV
LNS
SN-1
Diramazione nord
5.220 m
Cavo a doppia armatura
2.330 m
BU
Cavo a singola armatura
20.595 m
Diramazione sud
• Realizzazione di un sottosistema del km3
5.000 m
comprendente gli elementi critici del rivelatore (Strutture
meccaniche, Sensori, Elettronica,Sistema di trasmissione dati, Sistema di
distribuzione della potenza,Sistema di posizionamento acustico)
• Infrastrutture a terra e a 2000 m già realizzate
• Progetto completamente finanziato dall’INFN e dal MIUR
• Completamento previsto Maggio 2006 con il deployment di
junction box e di una minitorre di 4 piani
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
ANTARES
LNS
La collaborazione ANTARES è in fase di installazione di un rivelatore con superficie
pari a ~ 0.1 km2 vicino alla costa di Tolone alla profondità di 2400 m.
• 12 stringhe
• 25 piani / stringa
• 3 PMTs / piano
• 900 PMTs
14.5 m
350 m
40 km to
shore
100 m
~70 m
R. Coniglione
Anchor/line socket
Junction
Box
Submarine links
ANTARES ha già
installato una stringa
(Line1) e una stringa
con strumentazione di
monitoraggio del sito
(Milom). La
connessione della
Line 1 è stata
effettuata nel marzo
2006.
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Catania, 13th March 2006
Scopo delle simulazioni
LNS
ANTARES:
Studio della risposta del rivelatore a flussi di neutrini
Ottimizzazione delle procedure di analisi (reiezione del
rumore di fondo,…)
NEMO:
Simulazione della risposta del rivelatore (area efficace > 1
km2 e risoluzione angolare ~0.1°) in funzione dei
parametri geometrici di costruzione (disposizione dei
sensori ottici, tipo di PMT, parametri ambientali...)
tenendo in considerazione i limiti tecnologici (meccanica,
procedure di installazione, elettronica....) ed i costi
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
Segnali di fondo
LNS
Neutrini atmosferici
La direzione di provenienza e la misura
dell’energia dei neutrini è un criterio di
discriminazione
Muoni atmosferici:
• Profondità del sito > 3000 m
• Neutrini solo dal basso ... ma fondo dovuto a muoni
provenienti dall’alto mal ricostruiti;
Bugaev, E.V., 1998, Phys. ReV., D58, 054001.
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
ANTARES Monte Carlo Simulation Tools
parameters
LNS
Inputs parameters
generatore di eventi:
gendet
generator
code
Neutrini di origine astrofisica
Neutrini e muoni atmosferici
detector geometry file
initial tracks
km3
Propagazione dei muoni e
propagazione della luce
hits
modk40
Rumore ottico e
simulazione
dell’eletrronica
signal and 40K hits
reco
code
I/O
R. Coniglione
Ricostruzione della traccia
reconstructed tracks
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Catania, 13th March 2006
Simulazione del fondo di muoni atmosferici
LNS
 L’intensità del fondo dovuto ai muoni atmosferici è di parecchi ordini di
grandezza più grande del segnale atteso.
 E’ necessario ottimizzare gli algoritmi di ricostruzione per minimizzare il
numero di traccie mal ricostruite (traccie up-going).
 Bisogna
applicare questi algoritmi su un gran numero di eventi (mass
production), comparabile al flusso atteso in anni di misura, e comparare il
background “rimasto” con i segnali stimati di neutrini di origine
astrofisico (segnale/rumore)
 La simulazione completa di sciami atmosferici è necessaria (simulazione
di eventi con alta molteplicità di muoni)
 Le
collaborazioni NEMO ed ANTARES hanno scelto di avere una
simulazione in comune dei muoni atmosferici fino al livello del mare.
Hanno scelto di usare i codici CORSIKA e MUSIC
R. Coniglione
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Produzione di massa di muoni atmosferici con CORSIKA
LNS
La produzione di massa dei muoni atmosferici è in comune fra le
collaborazioni di NEMO e ANTARES
CORSIKA è un programma per la simulazione completa di sciami atmosferici
dovuti a particelle cosmiche di alta energia. Il codice è stato sviluppato ed è
mantenuto dalla collaborazione KASCADE:
• Le particelle sono tracciate in atmosfera fino all’interazione con i nuclei presenti
nell’aria o fino al loro decadimento;
• per la simulazione del fondo in telescopi per neutrini si è interessati ai muoni che
arrivano fino al livello del mare (solo le caratteristiche fisiche dei muoni sono scritte nei
file di output).
• I muoni sono quindi propagati in acqua fino al rivelatore con il codice MUSIC (il flusso
di muoni che arriva al rivelatore dipende dalla superficie del rivelatore e dalla profondità
del sito)
ANTARES
Ageom~0.1 km2
D = 2400 m
R. Coniglione
NEMO
Ageom~ 1 km2
D = 3500 m
Official CORSIKA page http:://www-ik.fzk.de/corsika/
MUSIC: Antonioli et al, 1997, Astrop. Phys. 7, 375.
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LNS
Produzione di massa e GRID
La simulazione di massa di muoni atmosferici richiede un grande uso
di CPU time e di storage.
 La collaborazione NEMO ha usato a tale scopo “the italian GRID”
Primo tutorial: GILDA-CT (Ottobre 2004)
GILDA è un eccellente tutorial per GRID.
Facile accesso alle risorse e meno
burocrazia!!
Stretta interazione con “ GILDA team”
GRID Italia
Secondo passo: GRID (VO gridit) (da Marzo 2005)
La produzione di massa richiede un gran
numero di CPU con processori veloci
Un nodo GRID è disponibile dal
Gennaio 2006 presso i Laboratori
Nazionali del Sud (8+(2) CPU + SE)
R. Coniglione
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LNS
Richieste delle simulazioni a GRID
• Le simulazioni Monte Carlo con un numero sufficiente di eventi (106
primari) richiedono grandi tempi di CPU  job CPU time limit max 48 h in
GRID  Il numero di eventi dipende dalla velocità dei processori.
GRID requirements
CPU speed  GlueHostProcessorClockSpeed>1800
job CPU time limit 48 h  GlueCEPolicyMaxCPUTime>2800
• Molti dei codici usati richiedono l’uso di librerie (CERN libraries, NAG
libraries etc...)
• Grossi file di I/O (~ 1 GB) da maneggiare -> uso di Storage Element e
“passaggi” di un gran numero di files da SE to WN
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
LNS
Sommario

La simulazione della risposta della di telescopi per neutrini di alta energia
richiede la produzione di massa del fondo di muoni atmosferici;

ANTARES e NEMO congiuntamente conducono la produzione di massa dei
muoni atmosferici con CORSIKA  dal Marzo 2005, la collaborazione
NEMO usa la INFN-GRID;

Il prossimo passo è quello di completare il lavoro di simulazione
implementando l’intera catena di simulazione (dal livello del mare fino alla
risposta dei singoli PMT)  differenti programmi linkati con differenti
librerie e grandi files da maneggiare.
Le prime simulazioni sono state già effettuate con successo;

Pressi i Laboratori Nazionali del Sud un nuovo nodo GRID è disponibile.
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
The Corsika JDL script: corsika_0.jdl
Type = "Job";
JobType = "Normal";
Executable = "run-corsika.sh" ;
StdOutput
StdError
= "std.out";
= "std.err";
Requirements = (other.GlueCEPolicyMaxCPUTime>2800)&&(other.GlueHostProcessorClockSpeed>1800);
RetryCount = 2;
MyProxyServer = "grid014.ct.infn.it";
InputSandbox = {"run-corsika.sh", "corsika.exe", "EGSDAT4_.05", "EGSDAT4_.15",
"EGSDAT4_.4", "EGSDAT4_1.", "EGSDAT4_3.", EGSDAT4_.25", "NUCNUCCS",
"SECTNU", "QGSDAT01", "inputs_h2_0"};
OutputSandbox = {"std.out","std.err","corsika_p_h2_0.log"};
OutputData = {
[
OutputFile = "corsika_p_h2_0.evt.gz";
LogicalFileName = "lfn:p_h2_0.out";
StorageElement = "grid005.ct.infn.it";
]
};
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
NEMO
La ricerca e caratterizzazione delle proprietà ottiche ed ambientali di
alcuni siti marini vicini alle coste italiane ha portato la collaborazione ad
individuare un sito al largo di Capo Passero come il più idoneo per
l’istallazione di un apparato km3
3500 m
Capo Passero
R. Coniglione
Counting rate (kHz)
10000
1000
100
pure seawater
La= 66  5 m
30 kHz
10
1
0
5
10
15
20
Time (mn)
25
30
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Catania, 13th March 2006
Proposed NEMO km3 architecture
LNS
The NEMO km3 architecture is
based on the NEMO-tower module.
750 m
The tower is a semi-rigid 3D
structure designed to allow easy
deployment and recovery.
1.2 km
Proposed NEMO detector :
5000: 6000 PMTs
10’’ PMTs
80:100 towers arranged in a lattice
~140 m between towers
R. Coniglione
High local PMT density is designed
to perform local trigger.
Height:
compacted
total
instrumented
n. beams
n. PMT
Beams:
length
spacing
15:20 m
750 m
600 m
16 to 20
64 to 80
20m
40 m
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Catania, 13th March 2006
The NEMO test site in Catania: phase 1
LNS
The NEMO Collaboration is undergoing the Phase 1 of the project, installing a
fully equipped Deep-Sea facility to test prototypes and develop new
technologies for the detector.
Shore laboratory port of
Catania
Underwater test site: 25 km E offshore Catania at
2000 m depth
To be completed in 2006
TSS Frame +
acoustic detectors
NEMO mini-tower
(4 floors)
e.o. cable from shore
Junction Box
Deployed on Jan 2005
An electro-optical cable (10 fibres, 4 conductors) was deployed on 2001. It connects the
shore laboratory, in the Port of Catania, with the underwater test site
In May 2006 the mini-tower (4 floors - 16 PMT’s) will be deployed
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
Produzione di neutrini in acceleratori cosmici
LNS
Halzen
Accelerazione di protoni
jet astrofisici
Acceleratori di particelle
• Meccanismo di Fermi
Spettro diprotoni dNp/dE ~E-2
Produzione di neutrini
• Interazione di protoni
p  p (SNR,X-Ray Binaries)
p   (AGN, GRB, microQSO)
• decadimento di pioni e neutroni
Gli elettroni sono responsabili del flusso gamma di bassa energia
(synchrotron, IC)
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
• Submit the jdl file using VO GRIDIT (edg-job-submit)
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
• Status inquire (edg-job-status)
• Job retrieving (edg-job-get-output)
• Download the output file from SE (~200 MB zipped file)
lcg-cp
R. Coniglione
--vo gridit lfn:p_h2_0.out file:corsika_p_h2_0.evt.gz
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Catania, 13th March 2006
Problemi
LNS
• Una percentuale di job non vanno a buon fine
• Diagnostica da migliorare
• Documentazione non sufficiente e le nuove installazioni di migliorie
al sistema non sufficientemente pubblicizzate
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
Generation of atmospheric muons with CORSIKA
LNS
Corsika is a program for detailed simulation of extensive air showers
initiated by high energy cosmic ray particles:
• the particles are tracked through the atmosphere until they undergo
reactions with the air nuclei or decay;
• atmospheric muons reaching the sea level are written in the output file.
Simulation inputs:
 Primary ions -> p, He, N, Mg, Fe
 Primary energy -> 10-105 TeV/nucleone
 Primary zenith angles –> 0° 85°
 Energy threshold for muons at sea level -> 0.5 TeV for ions
between 0° and 60° and 1 TeV for ions between 60° and 85°
 Slope primary spectrum  E-2
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
CT-vo.conf
#
# This file /opt/edg/etc/alice/edg_wl_ui.conf is managed by LCFG. Do not modify!
#
[
VirtualOrganisation = "gridit";
NSAddresses = "grid014.ct.infn.it:7772";
LBAddresses = "grid014.ct.infn.it:9000";
]
CT.conf
#
# Autogenerated
#
by LCFG cliconfig component. Do not modify!
[
rank = - other.GlueCEStateEstimatedResponseTime;
requirements = other.GlueCEStateStatus == "Production";
RetryCount = 3;
ErrorStorage = "/tmp";
OutputStorage = "/tmp/jobOutput";
ListenerPort = 44000;
ListenerStorage = "/tmp";
LoggingTimeout = 30;
LoggingSyncTimeout = 30;
LoggingDestination = "grid014.ct.infn.it:9002";
# Default NS logger level is set to 0 (null)
# max value is 6 (very ugly)
NSLoggerLevel = 0;
DefaultLogInfoLevel = 0;
DefaultStatusLevel = 0;
DefaultVo = "atlas";
]
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
run-corsika_0.sh
LNS
#!/bin/bash
export ION=p
export range=h2
nrun=0
ln -s inputs_${range}_${nrun} inputs
chmod +x corsika.exe
time ./corsika.exe > corsika_${ION}_${range}_${nrun}.log
gzip corsika_${ION}_${range}_${nrun}.evt
R. Coniglione
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Catania, 13th March 2006
LNS
submit-job.sh
#!/bin/bash
nrun=1
NLIMIT=10
export range=h2
while [ $nrun -le "$NLIMIT" ]
do
sed
sed
sed
sed
"s/160/16${nrun}/g" inputs_${range}_0 > temp1
"s/170/17${nrun}/g" temp1 > temp2
"s/180/18${nrun}/g" temp2 > temp3
"s/aaaa/${nrun}/g" temp3 > inputs_${range}_${nrun}
sed "s/nrun=0/nrun=${nrun}/g" run-corsika_0.sh > run-corsika.sh
sed "s/${range}_0/${range}_${nrun}/g" corsika_0.jdl > corsika.jdl
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
nrun=$(($nrun+1))
done
R. Coniglione
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Results: present event statistics
 = 0°-60°
Primary
1 - 10
TeV/nucleon
V1
*
LNS
 = 60°- 85°
10 -100
TeV/nucleon
V2*
100-105
TeV/nucleon
1 - 10
TeV/nucleon
10 -100
TeV/nucleon
100-105
TeV/nucleon
V3**
h1
h2*
h3**
p
108
109
(108)
108
108
109
(108)
108
(107)
He
108
108
(108)
108
108
108
(108)
108
(107)
N
108
108
(108)
5.106
108
108
(108)
5.106
(106)
Mg
108
108
(108)
3.106
108
108
(108)
3.106
(106)
Fe
108
3 107
(3·107)
106
108
3 107
(3·107)
106
(106)
NEMO
in charge for production
** ANTARES
in charge for production
R. Coniglione
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LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
R. Coniglione
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LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
R. Coniglione
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LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
R. Coniglione
First TriGrid VL Workshop
Catania, 13th March 2006
LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
• Submit the jdl file using VO GRIDIT (edg-job-submit)
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
R. Coniglione
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LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
• Submit the jdl file using VO GRIDIT (edg-job-submit)
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
• Status inquire (edg-job-status)
R. Coniglione
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GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
• Submit the jdl file using VO GRIDIT (edg-job-submit)
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
• Status inquire (edg-job-status)
• Job retrieving (edg-job-get-output)
R. Coniglione
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LNS
GRID applications details
Running CORSIKA in the GRID:
• CORSIKA compiled and linked in “USER INTERFACE” on GRID-CT
• Produce a script for launching the code
• Produce the jdl file for a specific run
• Submit the jdl file using VO GRIDIT (edg-job-submit)
edg-job-submit --config CT.conf --config-vo CT-vo.conf -o job_run.name corsika.jdl
• Status inquire (edg-job-status)
• Job retrieving (edg-job-get-output)
• Download the output files from SE (~200 MB zipped file)
lcg-cp
R. Coniglione
--vo gridit lfn:p_h2_0.out file:corsika_p_h2_0.evt.gz
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