**Qu**asi-Signal Generation Model for **Pi**xelized **D**etector.

qupid는 입자가 픽셀화된 실리콘 센서에 남기는 전하 신호를, Geant4/TCAD 전체 시뮬레이션 대신 해석적인 2차원 분포로 모델링한다. 이 분포를 픽셀 행렬 위에서 적분하고 발화 문턱값(firing threshold)을 적용한 뒤, 그 결과로 나오는 클러스터 크기를 몬테카를로로 조사한다. 기하와 단위는 ALPIDE 계열 센서를 따른다. 길이는 µm(픽셀 피치 29.24 × 26.88), 신호 진폭은 전자 수(전자-정공 쌍당 3.6 eV), 전형적인 발화 문턱값은 250 e⁻이다.

모델

신호는 진폭과 2차원 확률밀도의 곱이다. QPSignalGaussian은 이 밀도를 평균 벡터와 공분산 행렬로부터 정의하므로 σx, σy, 그리고 회전이 모두 자유롭다. 디지타이저는 주입된 신호들을 합한 뒤 픽셀 행렬의 각 셀 위에서 아날로그 장을 적분하며, QPDigitizerSquare는 균일한 직사각 격자다. 적분된 신호가 문턱값을 넘는 픽셀이 발화 픽셀이고, 그 개수가 곧 클러스터 크기다. QPMonteCarlo는 이 과정을 무작위 사건들에 대해 반복하며 사건마다 레코드 하나를 남긴다. 난수는 QPRandomBase 인터페이스를 거쳐 뽑고, 기본 구현인 QPRandom은 std::mt19937_64를 쓴다.

이를 떠받치는 선형대수와 수학(QPVector, QPMatrix, QPMath — 가우시안 변형들, Woods-Saxon, 회전 행렬, 타원 기하)은 직접 작성했으며 표준 라이브러리 바깥의 것은 쓰지 않는다.

의존성

**코어 (libqupid)**: 표준 C++17 툴체인 외에는 아무것도 필요 없다. 신호 모델, 디지타이저, 픽셀 적분, 난수 생성기, 몬테카를로 드라이버가 모두 여기에 있다.
**시각화 (libqupidVis, vis/)**: ROOT가 필요하다. QPGraphFactory가 디지타이저의 아날로그·디지털·문턱 처리 결과를 ROOT TH2D 히스토그램으로 그린다. 이 모듈은 선택 사항이며 ROOT가 있을 때만 빌드된다.

몬테카를로는 QPRandom 대신 ROOT의 TRandom으로도 돌릴 수 있다. 헤더 온리 어댑터 vis/include/QPRandomTRandom.hpp를 쓰면 되며, 이를 include한 실행 파일만 ROOT에 링크된다.

빌드

CMake 3.16 이상이 필요하다.

cmake -B build

cmake --build build -j

기본값(QUPID_WITH_ROOT=ON)에서는 CMake가 ROOT를 찾아 있으면 libqupidVis와 ROOT 의존 테스트까지 빌드하고, 없으면 코어만 빌드하며 그 사실을 알린다. ROOT를 아예 빼려면 다음과 같이 한다.

cmake -B build -DQUPID_WITH_ROOT=OFF

cmake --build build -j

어느 쪽이든 libqupid와 코어 테스트는 빌드된다. 실행 파일은 빌드 디렉터리에 생기고 출력(.csv, .root, .pdf)은 현재 디렉터리에 쓰이므로 그 안에서 실행한다.

테스트와 예제

test/의 프로그램들은 원시 요소부터 전체 파이프라인까지 순서대로 놓인 사용 예제를 겸한다. test0_VectorMatrix, test3_digitizer, test7_montecarlo_csv는 ROOT 없이 빌드·실행되며(test7은 몬테카를로 출력을 CSV로 쓴다), test1, test2, test4, test5, test6은 그림이나 트리 출력에 ROOT를 써서 ROOT 설정에서만 빌드된다.

튜토리얼

tutorials/에는 짧고 주석이 달린 프로그램들이 테스트와 같은 코어 / ROOT 구분으로 빌드되어 들어 있다.

가우시안 신호를 정의하고 밀도를 적분하기 (코어 전용);
디지타이저와 문턱값에서의 발화 픽셀 클러스터 크기 (코어 전용);
몬테카를로를 CSV로 출력하기 (코어 전용);
QPGraphFactory와 TRandom 어댑터로 시각화하기 (ROOT).

문서

API 문서는 Doxygen(doc/Doxyfile)으로 생성되며 master에 push할 때마다 GitHub Pages에 게시된다: https://isaac-kwon.github.io/qupid/. ROOT 대화형 세션에서는 rootlogon.C가 libqupid와 libqupidVis를 불러오고 그림 스타일을 적용한다.

출처

Python 판인 pyqupid에서 포팅했다.