Бак церн: РИА Новости – события в Москве, России и мире сегодня: темы дня, фото, видео, инфографика, радио

Новый коллайдер ЦЕРН получит вселенские масштабы!

Элементарные частицы вовсе так уж и «элементарны». Будучи сложнейшим и более чем интересным явлением, они способны помочь найти ответы на самые «последние» вопросы нашего бытия: например, почему вокруг вообще есть всё, что есть, и почему небытие, в котором ничего нет, не осталось в своем исходном состоянии? Именно на эти вопросы и пытаются найти ответы ученые Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРНВнешняя ссылка) в Женеве.

Этот контент был опубликован 05 февраля 2019 года – 09:00 05 февраля 2019 года – 09:00

swissinfo.ch

Доступно на 5 других языках

С этой целью здесь уже создано несколько уникальных, ранее в истории невиданных инструментов научного познания: если Ньютону хватало пера и пергамента, то нынешним ученым необходима такая уникальная и невероятно сложная и дорогая машина, как Большой адронный коллайдер (LHC) с длиной туннеля, в котором расположен ускоритель, в 27 километров.

Построенный под землёй, БАК находится на территории сразу двух государств – Швейцарии и Франции.

В настоящее время исследовательский консорциум из более чем тысячи ученых со всего мира разработал перспективный план фундаментальных научных исследований в области физики элементарных частиц. Поэтому решено построить также и в Женеве ещё более мощный ускоритель, который пока носит рабочее название Future Circular Collider (FCC).Внешняя ссылка

Невиданный потенциал

Длина кольцевого туннеля, в котором будет находиться новый ускоритель, достигнет 100 километров, поэтому частично он будет проходить под дном Женевского озера. Цель нового ускорителя — создать возможности для проведения опытов с элементарными частицами на энергиях, которые почти в десять раз будут превосходить энергии, достигаемые на уже действующем коллайдере БАК/LHC. Первый этап проекта FCC обойдётся 10,2 млрд франков, или 9 млрд евро. Второй этап, который предполагается реализовать в период до 2055 года, потребует инвестиций в сумме ещё 17 млрд франков, или 15 млрд евро.

Физики надеются, что новый ускоритель поможет более глубоко изучить, например, свойства бозона Хиггса, а также доказать существование новых, ранее неизвестных элементарных частиц и тем самым приблизиться к разгадке ряда крупнейших задач и парадоксов, с которыми сейчас сталкиваются учёные, изучающие механизмы возникновения и развития нашей Вселенной. Например, в будущем можно было бы заполнить пробелы, которые всё еще существуют в так называемой

Стандартной моделиВнешняя ссылка. Ну и, разумеется, невиданный потенциал FCC поможет в разработке и производстве новых товаров и технологий, которые могут быть использованы нами всеми в повседневной жизни.

Пока всё это лишь «музыка будущего», рабочая концепция, которую еще предстоит реализовать ученым ЦЕРН, готовящим сейчас предложения по формированию основ новой перспективной европейской стратегии в области развития фундаментальной физики вообще и в изучении элементарных частиц в частности. Опубликована эта стратегия должна быть предположительно в 2020 году.

Будет ли действительно построен новый ускоритель частиц, решат в итоге на основе консенсуса все 22 государства-члена ЦЕРН. Напоминаем, что Россия и США к их числу не относятся.

SRF/swissinfo.ch, русскоязычную версию материала подготовили Людмила Клот, Игорь Петров.

Ключевые слова:

Эта статья была автоматически перенесена со старого сайта на новый. Если вы увидели ошибки или искажения, не сочтите за труд, сообщите по адресу [email protected] Приносим извинения за доставленные неудобства.

Эксперимент CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария)

Универсальный детектор CMS (Compact Muon Solenoid) на коллайдере БАК (ЦЕРН) рассчитан на работу в условиях высокой интенсивности и оптимизирован для поиска бозона Хиггса в интервале масс от 90 ГэВ до 1 ТэВ, но позволяет регистрировать возможные проявления альтернативных механизмов, связанных с нарушением электро-слабой симметрии.

Кроме того, CMS приспособлен для изучения физики топ, бьюти и тау при низкой интенсивности, а также ряда важных аспектов физики тяжёлых ионов – в частности, особенностей рождения тяжёлых кваркониев в мюонных каналах распада и характера потери энергии жёстких партонных струй, которые рассматриваются как индикаторы фазового перехода между адронной фазой и кварк-глюонной плазмой в центральных ядро-ядерных столкновениях.

Энергетическое разрешение детектора CMS для мюонов, фотонов и электронов составляет ~1% при 100 ГэВ. Сверхпроводящий соленоид создаёт однородное магнитное поле 4 T; помещённая внутри него система трековых детекторов обеспечивает импульсное разрешение для всех треков заряженных частиц с большими pt Δp/p ~ 0.1 pt ( ptв ТэВ) в области псевдобыстрот |η| ≤ 2.5. Внутри соленоида также находится электромагнитный калориметр, предназначенный для регистрации двух-фотонного распада Хиггс бозона промежуточной массы. Комплекс адронных калориметров с 4π геометрией окружает точку пересечения пучков вплоть до |η| = 4.

7, позволяя регистрировать адронные струи, направленные вперёд, и измерять потерянную поперечную энергию.

Участие НИИЯФ МГУ: К настоящему времени сотрудниками НИИЯФ МГУ проделан большой объем работ как по разработке, созданию, монтажу и тестированию экспериментальной аппаратуры, так и по развитию теоретических и компьютерных моделей протон-протонных и ядро-ядерных соударений, созданию алгоритмов реконструкции физических объектов и их внедрению в программное обеспечение экспериментов на БАК. Начаты физические измерения на установке CMS.

• На первых экспериментальных данных оптимизирован триггер высокого уровня для регистрации димюонов, триггер для выделения эксклюзивных двухструйных дифракционных событий и алгоритм коррекции энергии адронных струй. Выполнена калибровка адронного калориметра по симметрии в азимутальной плоскости, линейности энергетической шкалы и разрешения. Обнаружен неожиданный эффект двухчастичных корреляций в области малой разности углов в поперечной плоскости и больших разностей по быстроте, получивший название «Ridge effect».
• Получены первые результаты анализа экспериментальных данных для столкновений протонов и тяжелых ионов на LHC. Начато изучение жестких дифракционных процессов с рождением струй. На статистике 3 pb-1 измерены спектры и форма адронных струй в рр-столкновениях при энергии пучка 7 ТэВ. Проведены измерения эллиптического потока частиц при энергиях 0.9, 2.36 и 7 ТэВ и получены оценки «непотоковых» азимутальных корреляций. Показано, что доминирующими механизмами таких корреляций являются фрагментация жестких партонных струй, разрыв струн в процессе адронизации и распад резонансов.
• Начат анализ экспериментальных данных детекторa CMS с целью поиска одиночного рождения топ-кварка и измерения ряд а параметров Стандартной модели. Разработаны необходимые структурные изменения в программное окружение коллаборации CMS и созданы дополнительные пакеты программ. Обеспечена стабильная работы «Базы знаний» MCDB, разработаны необходимые для эксперимента CMS дополнения. Подготовлена и опубликована новая стабильная версия HepML.
• В НИИЯФ МГУ создан удаленный операционный центр – ROC (Remote Operational Center) MSU, который обеспечивает on-line доступ к внутренней сети CMS (CMS private network) в интерактивном режиме и позволяет контролировать процесс измерений в эксперименте CMS, находясь вне ЦЕРНа. Центр используется сотрудниками НИИЯФ МГУ для дистанционного контроля работы детекторных систем установки CMS и качества поступающей информации.
• Калориметр CASTOR полностью интегрирован в инфраструктуру установки СMS, включая систему сбора данных, систему контроля и мониторинга детектора, программы реконструкции, программы полного моделирования отклика детектора. Обеспечен стабильный набор данных детектором CASTOR, проведено измерение основных характеристик детектора.

Большой адронный коллайдер ЦЕРН | Серия ‘Невероятные экспериментальные лаборатории по изучению космоса и физики’

За последние годы Большой адронный коллайдер стал одной из самых упоминаемых технических систем, сложное название которой сегодня известно миллионам жителей нашей планеты. Он представляет собой уникальный ускоритель заряженных частиц, который позволяет изучать свойства тяжелых ионов и протонов. Этот ультрасовременный детектор позволяет разгонять элементарные частицы, а впоследствии изучать особенности их соударений.

Уникальный ускоритель тоже был построен специалистами ЦЕРНа, он расположен в ближайших окрестностях Женевы, на границе Швейцарии и Франции. С момента окончания строительства установки Большой адронный коллайдер остается самой масштабной экспериментальной установкой из существующих в мире. В его строительстве и формировании принимали участие 10 000 лучших ученых из ста различных стран мира. Масштабы этой научной установки действительно невероятно велики, длина главного кольца коллайдера составляет 26 659 метров. Одной из главных задач научной установки считается исследование теории суперсимметрии. Согласно этой теории, у каждой элементарной частицы есть парная суперчастица, которая отличается более значимым весом. Кроме того, БАК служит для проверки многих так называемых «экзотических моделей» физики. К ним относятся самые необычные физические идеи и теории, касающиеся устройства мира. Особые типы взаимодействия материй, инновационные теории гравитации, теория о существовании миниатюрных черных дыр – вот лишь некоторые вопросы, которые современная наука планирует решить посредством Большого адронного коллайдера. К началу – Якутская комплексная установка ШАЛ Помимо Large Hadron Collider CERN, будет занятно обследовать во Франции и ближайшие объекты притяжения гостей. Ближайший замковый ансамбль Château de la Bâtie, гордость Франции, является прекрасным кандидатом для следующей цели путешествия. В десяти минутах езды на машине ждет прихожан и гостей Женевы Basilique Notre-Dame de Genève. Ценителям художественных полотен стоит завернуть в Женеве в находящийся на дистанции нескольких минут езды арт музей Musée Ariana. Кроме того, по соседству с Large Hadron Collider CERN (десять км) уютно расположился Региональный природный парк Haut-Jura. И напоследок, современная кухня утонченного ресторана Jiva Hill Resort усладит вас гурманскими блюдами всего лишь в нескольких минутах ходьбы. www.jivahill.com, 334-502-84848 – вебсайт и телефон этого ресторана.

Большой адронный коллайдер ЦЕРН – интерактивная карта

Official site of the Department of Theoretical Physics and Astronomy, Odessa National University, Ukraine

А.И. Жук
Астрономическая обсерватория и кафедра теоретической физики
Одесского Национального Университета

Есть что-то символическое в том, что идея Большого Адронного Коллайдера (БАК) была высказана в конце второго тысячелетия, а ее реализация пришлась на начало третьего тысячелетия. На рубеже тысячелетий БАК явился итогом развития научной и инженерной мысли человечества, аккумулирующим все самые передовые естественнонаучные идеи и знания. Если очень кратко сформулировать основную задачу БАКа, то она заключается в том, что БАК должен стать компасом, указывающим направление дальнейшего развития фундаментальных исследований. Грубо говоря, в настоящее время существует море теорий, как о строении вещества, так и о строении и эволюции Вселенной, и БАК должен помочь выбрать правильное направление в этом море.

Регулярно, с 2000-го года, бывая в ЦЕРНе и наблюдая за строительством БАКа и началом эксперимента, я хочу кратко рассказать об основных задачах этого ускорителя, описать основные этапы строительства и параметры установок, а также о современном состоянии эксперимента. А началось мое знакомство с БАК с экскурсии, устроенной участникам первой конференции CAPP (“Cosmology and Particle Physics”) в Вербье в 2000 году. Нас привезли в ЦЕРН и повели в огромный павильон, где началась сборка самых больших в мире тороидальных магнитов, предназначенных для детектора “ATLAS”. На полу этого огромного цеха находился собранный магнит (тор, с размерами порядка 25мx5м), а на его поверхности лежали таблички, на которых на трех языках (английском, французском и русском) было написано: «По магниту не ходить!». Здесь я понял, что наших в ЦЕРНе много. Но обо всем по порядку.

ЦЕРН

ЦЕРН (CERN, the European Organization for Nuclear Research) был основан в 1954 году на границе между Францией и Швейцарией в окрестностях Женевы. Первым идею о создании подобного центра высказал французский физик Луи де Бройль в декабре 1949 года на Европейской конференции по культуре в Лозанне. Официально открытие ЦЕРНа произошло 29 сентября 1954 года после ратификации Конвенции по ЦЕРНу (июль, 1954) 12 странами основательницами: Бельгией, Данией, Францией, Федеративной республикой Германии, Грецией, Италией, Нидерландами, Норвегией, Швецией, Швейцарией, Англией и Югославией. Югославия вышла из организации в 1961 году. С 1959 года по 1999 год к странам-участницам присоединились: Австрия (1959), Испания (присоединилась в 1961, затем покинула в 1969 и снова присоединилась в 1983), Португалия (1985), Финляндия (1991), Польша (1991), Венгрия (1992), Чехия (1993), Словакия (1993) и Болгария (1999). Таким образом, в настоящее время 20 стран-членов. Кроме стран-участниц еще есть страны и организации, имеющие статус наблюдателя. Это – Европейская комиссия, Израиль, Индия, Россия, США, Турция, ЮНЕСКО и Япония.

Украина относится к странам-не-членам, имеющим с ЦЕРНом договоры о сотрудничестве. Такой договор был подписан в 1993 году, но долгое время официальные отношения были в стадии стагнации. Тем не менее, украинские ученые принимают участие в экспериментах CMS (через Объединенный Институт Ядерных Исследований, Дубна), ALICE и LHCb. Сейчас наблюдается определенная активность со стороны Украинской Академии Наук и Министерства Науки и обсуждается подписание нового протокола к договору 1993 года.

Среди наиболее важных открытий, сделанных в ЦЕРНе, можно выделить следующие:
1973: Открытие нейтральных токов с помощью пузырьковой камеры Гаргамель.
1983: Открытие W- и Z-бозонов в экспериментах UA1 и UA2.
1989: Определение количества сортов нейтрино в экспериментах на ускорителе LEP.
1995: Создание первых атомов антиматерии — атомов антиводорода в эксперименте PS210.
2001: Открытие прямого нарушения CP-симметрии в эксперименте NA48.

В 1984 г. Карло Руббиа и Симон ван дер Мер получили Нобелевскую премию по физике за работы, которые привели к открытию W- и Z-бозонов. В 1992 г. Нобелевскую премию по физике получил сотрудник ЦЕРН Жорж Шарпак «за изобретение и создание детекторов элементарных частиц, в частности многопроволочной пропорциональной камеры».

Помимо открытий в области физики, ЦЕРН прославился тем, что в его стенах был предложен гипертекстовый проект World Wide Web (WWW) – Всемирная паутина.

Большой Адронный Коллайдер

Идея создания Large Hadron Collider (LHC), называемого в русскоязычной версии Большим Адронным Коллайдером (БАК), появилась на свет в начале 80-х годов. В это время еще даже не начал функционировать предшественник БАКа в ЦЕРНе – Большой Электрон-Позитрон Коллайдер (Large Electron Positron Collider (LEP)), который работал с 1989 года по 2000 год. Однако уже тогда ученные понимали, что для существенного прорыва требуются еще большие энергии, чем те, что можно достичь на LEP. Поэтому уже в то время родилась идея использовать 27 километровый тоннель LEP для построения в нем еще более мощной установки, работающей на встречных пучках протонов. Проект получил названия Большого Адронного Коллайдера, т.к. протоны относятся к классу частиц, называемых адронами. Отправной точкой подготовки этого проекта считается симпозиум в 1984 году, проходивший в Лозанне. В результате, проект БАК становится приоритетом для ЦЕРНа.

Предварительные исследования, показывающие возможность создания и успешной работы сверхпроводящего ускорителя при чрезвычайно низких температурах, привели к тому, что этот проект был одобрен Советом ЦЕРНа в декабре 1994 года.

Основные этапы строительства:
1998. Начало инженерных работ по проектам ATLAS и CMS и строительства 2-х шахт глубиной 60 метров для эксперимента ATLAS.
1999. Начато производство самых больших в мире тороидальных магнитов. Подписан договор о сотрудничестве между ЦЕРН и Международным Центром Науки и Технологии в Москве. Благодаря этому договору было произведено большое количество оборудования для LHC и эксперимента CMS.
2000. LEP, наибольший к тому времени ускоритель, прекратил свою работу и начался его демонтаж, чтобы освободить место для БАК. Доставили первые из 1232 дипольных магнитов.
2002. Доставлен первый октупольный корректирующий магнит. Помимо 1232 основных дипольных магнитов, которые искривляют траекторию протонов, и 400 фокусирующих квадрупольных магнитов, БАК должен быть оборудован 5000 корректирующими магнитами. Последняя часть LEP поднята на поверхность. За 14 месяцев из 27-километрового тоннеля было демонтировано и поднято на поверхность 40 000 тонн оборудования. Завершена работа над самой большой в мире экспериментальной пещерой, предназначенной для ATLAS. За 2 года была вырыта пещера 35м шириной, 55м длиной и 40м высотой.
2003. Опробована система передачи данных. Один терабайт данных послан из ЦЕРНа в Калифорнию на расстояние 10 000км за 1 час со скоростью 2.38 гигабит в секунду.
2004. Первый из 8 грандиозных тороидальных магнитов опущен в пещеру ATLAS.
2005. Закончено строительство пещеры для CMS, расположенной на глубине 100 м и имеющей 53 м в длину, 27 м в ширину и 24 м в высоту. Первый из 1232 сверхпроводящих дипольных магнитов (длина магнита 15 метров) опущен в тоннель. Система охлаждения достигла рабочей температуры 1.9 К (-271.3°C).
2006. Начал функционировать Центр Контроля ЦЕРНа, объединивший комнаты контроля ускорителя и комнату контроля охлаждающей системы.
2007. Последний из сверхпроводящих магнитов опущен в тоннель. За 2 года было установлено в тоннеле 1746 магнитных систем.
2008. Установлены последние элементы детекторов ATLAS и CMS. В «Дни открытых дверей» 5-го и 6-го апреля в ЦЕРНе побывало 76 000 посетителей. Это была последняя возможность посетить тоннель и 4 экспериментальные установки перед началом работы БАК.

Новейшая история БАК:
10 сентября 2008. Первый пучок протонов прошел по кольцу по часовой стрелке. За несколько последующих дней энергию протонов увеличивают до 5 TeV.
19 сентября 2008. Авария из-за электрического соединения между магнитами в секторе 3-4. Электрический пробой привел к выбросу 6 тонн жидкого гелия в тоннель. Работа БАК остановлена.
Сентябрь 2008 – ноябрь 2009. Ликвидация последствий аварии и обновление системы безопасности.
30 ноября 2009. Устойчивая работа БАК при энергии 1.18 TeV на каждый пучок. Все экспериментальные установки регистрируют столкновения.
30 марта 2010. Первые столкновения при энергии 3.5 TeV на пучок (полная энергия 7 TeV), что является новым мировым рекордом.
Май 2010 – сентябрь 2010. Повышение светимости БАК при энергии 3.5 TeV на пучок. Это должно привести к увеличению числа столкновений и, соответственно, к более надежным экспериментальным данным.

БАК в цифрах

Точная длина ускорительного кольца 26 659 м. Полное число магнитов внутри – 9300. Охладительная установка является самым большим «холодильником» в мире. Все магниты вначале охлаждаются до -193. 2°C (80 K) с помощью 10 080 тонн жидкого водорода, а затем 60 тоннами жидкого гелия до -271.3°C (1.9 K), ниже чем температура в космосе.

Максимальная энергия протонов должна быть 7 TeV (teraelectronvolt). То есть при столкновении встречных пучков относительная энергия протонов 14 TeV. При этом триллионы протонов должны пробегать ускорительное кольцо 11 245 раз за секунду имея 99.99% скорости света. Ожидается около 600 миллионов столкновений за секунду.

Чтобы избежать столкновения с молекулами газа, на пути пучка создается давление, как в космосе: 10-13 atm, что в 10 раз ниже, чем на Луне.

Объем данных, получаемых на экспериментах в БАК за год, будет соответствовать 100 000 двойных DVD дисков. Чтобы позволить тысячам ученых по всему миру анализировать эти данные в течении 15 лет (ожидаемое время работы БАК), десятки тысяч компьютеров, расположенных в разных точках планеты, объединены в вычислительную сеть, получившую название Grid.

Основные экспериментальные установки

В Большом Адронным Коллайдере пучки протонов (ионов для ALICE) пробегают ускорительное кольцо по двум трекам в противоположных направлениях параллельно друг другу, и только в детекторах их пути пересекаются, приводя к столкновениям. Существуют 4 основных детектора: ATLAS, CMS, LHCb и ALICE. Вот их краткое описание.

ATLAS
ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) является одним из основных детекторов БАК. Его основные задачи заключаются в поиске бозона Хиггса, дополнительных измерений, частиц темной материи и суперсимметричных партнеров обычных частиц. ATLAS состоит из 6 различных детектирующих подсистем, позволяющих идентифицировать частицы и измерять их энергии и импульсы. Отличительной характеристикой ATLAS являются огромные тороидальные магниты, искривляющие траектории заряженных частиц, что позволяет измерять импульсы этих частиц. На ATLASе работают около 3000 ученых из 174 институтов в 38 странах. ATLAS имеет 46 м в длину, 25 м в ширину, 25 м в высоту и весит 7 000 тонн.

CMS
CMS (Compact Muon Solenoid) аналогичен по своим задачам ATLASу. Однако для достижения этих задач CMS использует совершенно другие технические решения и совершено отличный дизайн детектирующей магнитной системы.
CMS детектор построен вокруг огромного соленоидного магнита. Магнит имеет форму цилиндрической катушки, состоящей из витков сверхпроводящих кабелей, генерирующих магнитное поле в 4 тесла, что в 100 000 раз сильнее магнитного поля Земли. В работе CMS принимают участие около 3000 ученых из183 институтов в 38 странах. Например, Украина представлена учеными из Харькова: институт монокристаллов НАН Украины, Харьковский физико-технический институт НАН Украины и Харьковский Национальный Университет. CMS имеет 21 м в длину, 15 м в ширину, 15 м в высоту и весит 12 500 тонн.

LHCb
LHCb (Large Hadron Collider beauty) специализируется на исследовании реакций с участием b кварка (beauty quark) для определении разницы в поведении материи и антиматерии. Это даст возможность понять почему мы живем во Вселенной почти полностью заполненной материей и лишь небольшой долей антиматерии. Вместо того, чтобы окружать точку столкновения замкнутыми детекторами, LHCb эксперимент использует последовательность параллельных детекторов, предназначенных для детектирования частиц, направленных, в основном, вперед. Первый детектор расположен близко к точке столкновения, а остальные идут друг за другом на общем расстоянии 20 м. В работе LHCb принимают участие около 700 ученых из 52 институтов в 15 странах. В том числе из Харьковского физико-технического института НАН Украины и Киевского института ядерных исследований НАН Украины. LHCb имеет 21 м в длину, 13 м в ширину, 10 м в высоту и весит 5 600 тонн.

ALICE
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) предназначена для исследования кварк-глюонной плазмы. Предполагается, что именно в таком состоянии находилась Вселенная вскоре после Большого Взрыва. Для создания кварк-глюонной плазмы по ускорительному кольцу БАК разгоняются ионы свинца, которые сталкиваются в установке ALICE. В результате столкновений достигается температура в 100 000 раз горячее, чем в ядре Солнца, что должно создать условия для возникновения кварк-глюонной плазмы. В работе ALICE принимают участие более 1000 ученых из 111 институтов в 31 стране. В том числе из Харьковского физико-технического института НАН Украины, Харьковского научно-исследовательского технологического института приборостроения и Киевского института теоретической физики НАН Украины. ALICE имеет 26 м в длину, 16 м в ширину, 16 м в высоту и весит 10 000 тонн.

Основные цели и задачи БАК

БАК построен, чтобы помочь ответить на ключевые, нерешенные вопросы физики элементарных частиц. С другой стороны, при тех энергиях, которые предполагается достичь на БАК, вполне могут быть открыты эффекты, о которых мы даже и не подозреваем сейчас.

В настоящее время господствующее положение в физике элементарных частиц занимает, так называемая, Стандартная модель. Однако она имеет ряд нерешенных проблем. Одна из таких проблем – это появление массы у частиц. Почему частицы имеют именно такие массы, которые мы наблюдаем на экспериментах? Почему некоторые из частиц вообще не имеют массы? На этот вопрос хорошо отвечает механизм, предложенный английским физиком Питером Хиггсом в 1964 году. В этом механизме критическую роль играет частица, получившая название бозона Хиггса. Однако до сих пор эту важную частицу не удавалось обнаружить. Причина заключалась в том, что энергии частиц в предыдущих ускорителях были не достаточно высокими, чтобы родить этот бозон. Однако БАК как раз обладает энергиями, достаточными для таких процессов. Одна из основных задач БАКа (эксперименты ATLAS и CMS) заключается в обнаружении бозона Хиггса.

Согласно современным наблюдениям, 96% энергии-массы во Вселенной составляют темная энергия и темная материя, которые с обычной материей взаимодействуют гравитационным образом. Однако до сих пор не понятно ни происхождение, ни природа этих темных составляющих. Одна из гипотез предполагает, что темная материя – это суперсимметричные партнеры обычных частиц. Такие суперсимметричные частицы предсказаны теорией суперсимметрии, выходящей за рамки Стандартной модели. На экспериментах ATLAS и CMS будет предпринята попытка обнаружения этих частиц.

Другой не решенной проблемой является абсолютная асимметрия между материей и антиматерией в нашей Вселенной. Вселенная заполнена материей, а антиматерия практически не наблюдается. Что привело к такой асимметрии? Эксперимент LHCb должен помочь ответить на этот фундаментальный вопрос.

Согласно модели Большого взрыва, спустя несколько микросекунд после взрыва Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой. Это очень интересное состояние вещества, когда кварки находятся в почти свободном состоянии. Для понимания эволюции Вселенной на ранних этапах ее развития очень важно знать свойства такой плазмы. На эксперименте ALICE предполагается воссоздать условия возникновения кварк-глюонной плазмы и изучить ее свойства.

Сейчас предложен целый ряд теорий, предсказывающих существование дополнительных (к наблюдаемым нами 3-м пространственным измерениям) пространственных измерений. Например, М-теория, суперструнные теории имеют наиболее самосогласованный вид в моделях с числом пространственных измерений большим, чем 3. Если это так, то дополнительные измерения могут приводить к нарушению закона сохранения энергии-импульса в нашем 3-мерном пространстве (за счет передачи части энергии-импульса в дополнительные измерения). В многомерных теориях каждая обычная частица имеет бесконечный спектр массивных партнеров, называемых Калуцы-Клайновскими частицами. Они возникают за счет возбуждения соответствующих полей в дополнительных пространствах. Обнаружение нарушения закона сохранения энергии-импулься или обнаружение Калуцы-Клайновских частиц может послужить косвенным доказательством существования дополнительных измерений. Все детекторы БАК ориентированы на поиск данных эффектов.

Почему не стоит бояться микроскопических черных дыр

Во-первых, микроскопическая черная дыра массой 1 TeV должна иметь гравитационный радиус, который на 16 порядков меньше, чем, так называемая, Планковская длина, при которой наступает предел применимости Общей теории относительности (ОТО). На меньших расстояниях должна применяться теория квантовой гравитации, которая на данный момент еще не построена. То есть с точки зрения ОТО, которая предсказывает появление черных дыр, мы вообще не имеем права рассматривать образование таких микроскопических объектов. Тем не менее, существует ряд теорий, например модели с дополнительными измерениями, где можно рассматривать процессы образования подобных микроскопических дыр. Однако обычно такие объекты являются чрезвычайно короткоживущими. Ну и самый главный аргумент в пользу безопасности ускорителей типа БАК заключается в том, что космические лучи, падающие на Землю с энергией в миллионы раз превосходящую 1 TeV, – это вполне рядовое событие. И за миллиарды лет существования Земли и Солнца никаких катастрофических явлений, связанных с возможным образованием микроскопических черных дыр, не произошло.

Июнь 2010, ЦЕРН

Фото 1. Общий вид территории и схематическое расположение детекторов на ускорительном кольце.

Фото 2. Въезд и вход на территорию ЦЕРНа по пропускам.

Фото 3. Предшественник LEP и LHC – пузырьковая камера Гаргамель.

Фото 4. Предшественник LHC – одна из высокочастотных ускорительных полостей, использовавшаяся в LEP.

Фото 5. Globe – экскурсионно-выставочное здание ЦЕРН с дипольным магнитом LHC на переднем плане.

Фото 6. Система криогенных установок для детектора ATLAS.

Фото 7. ATLAS в разрезе. Один из торцевых магнитов. Профилактика детектора после аварии 2008 года.

КОНСПИРОЛОГИЯ: CERN работает над секретными программами и связан с дьяволом

Проверка фактов в рамках партнерства с Facebook

В сети распространяют информацию, что якобы Европейский совет по ядерным исследованиям (CERN) имеет «дьявольские» и тайные цели, а также может привести к вселенскому катаклизму. К тому же якобы в логотипе CERN зашифрованы цифры 666 — число дьявола.

 

Впрочем, это лишь конспирология. Объясняем почему.

Нет никаких подтверждений, что CERN связан с дьяволом, работает для создания секретных программ, хаоса или других тайных целей. Ученые CERN-y исследуют фундаментальные основы мироздания — что и как в нем устроено, а для этого используют ускорители частиц.

Аббревиатура CERN не исходит от имени древнего бога, как утверждают в публикации. CERN расшифровывается как Conseil européen pour la recherche nucléaire, что в переводе с французского языка означает Европейский совет по ядерным исследованиям. То есть название сформировалось из первых букв слов в полном названии центра, а не выдуманное из-за связи с древним богом.

В 1951 году было принято решение учредить Европейский совет по ядерным исследованиям, аббревиатура — CERN. Позже Совет переформатировали в Европейскую организацию по ядерным исследованиям, поэтому и аббревиатуру предлагали изменить на OERN, однако решили оставить старую, из-за ее узнаваемости и удобства произношения. Похожую аббревиатуру — CER — использует Европейский исследовательский совет (Conseil européen de la recherche).

Нет подтверждений тому, что коммуна Сен-Жени-Пуйи, вблизи которой проходит большой адронный коллайдер CERN, называлась Apolliacum, якобы в честь бога разрушения.

Подобное название фигурирует только в публикациях на ресурсах, которые публикуют теории заговора и описывают мистическое предназначение коллайдера, без ссылки на исторические источники, например, на abovetopsecret.com. Ресурс Media Bias / Fact Check (который агрегирует оценки независимых фактчекеров сети IFCN) оценивает публикации этого издания как псевдонаучные и содержащие конспирологические теории.

На логотипе CERN есть схематическое изображение синхрофазотрона (ускорителя заряженных частиц), линих лучей и траекторий движения частиц. Никакой связи с числом 666 там нет.

Бозон Хиггса не является «дьявольской» частичкой. Это элемент, который существовал только в теории с 1964 года, а экспериментально был обнаружен в 2012 году. Бозон Хиггса является частью поля Хиггса, которое придает массу другим элементарным частицам. Поэтому он никак не может быть «носителем безмасовости», как его называют в сообщениях в Facebook.

Открытие бозона Хиггса не повлекло катаклизмов. Напротив, оно заполнило пробел в стандартной модели физики, описывающей взаимодействие всех элементарных частиц. Это еще ближе подводит нас к пониманию того, как устроена Вселенная. Ученые Франсуа Энглерт и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию по физике за открытие этого элемента.

Также, за последние 10 лет ученым CERN-а удалось открыть 59 новых комплексных частиц — адронов, это различные объединения кварков (фундаментальная частица, из которой состоит материя вокруг нас).

Как хранить петабайты данных большого адронного коллайдера

Вступление

Большой адронный коллайдер (БАК) лаборатории ЦЕРН — важнейший объект исследований в области физики. Данные, полученные в ходе сеансов Run 1 и Run 2, уже были использованы, чтобы доказать факт существования ранее не обнаруженных субатомных частиц, расширить наше общее понимание Вселенной и того, как она образовалась. В частности, в 2012 году благодаря БАК было подтверждено существование бозона Хиггса.

Масштабы эксперимента ЦЕРН поражают воображение. Это касается как размеров самого кольцевого ускорителя частиц, радиус которого достигает 4,3 км, так и частоты столкновения частиц в нём — каждую секунду оборудование БАК отмечает до 1 млрд столкновений.

Но самым невероятным является количество получаемой информации: столкновения частиц генерируют 1 петабайт (ПБ) данных в секунду. Даже после отбора событий, которые интересуют учёных, ЦЕРН ежемесячно требуется около 10 ПБ свободного места на накопителях для хранения и последующего анализа новых данных.

Информация сохраняется в ЦОД ЦЕРН и передаётся в сеть из около 170 центров обработки данных для анализа, используя всемирный грид БАК, WLCG. На сегодняшний день в ЦЕРН применяется 3200 дисковых массивов JBOD, в которых установлено 100 000 жёстких дисков общей ёмкостью 350 ПБ.

C каждым новым запуском БАК требуется всё больше свободного места для полученной информации. Очередной сеанс, Run 3, должен стартовать в 2021 году, после планового обновления системы.

Для хранения этих колоссальных объёмов данных с 2014 года в ЦЕРН применяются жёсткие диски Toshiba Electronics Europe. Уже три поколения накопителей Toshiba помогают учёным своевременно наращивать ёмкость системы, но возможно ли продолжать этот процесс и дальше?  По мнению Эрика Бонфиллоу (Eric Bonfillou), руководителя отдела планирования и закупок ЦЕРН, «запланированные обновления систем БАК потребуют такого роста вычислительных ресурсов и ёмкости системы хранения данных, что имеющихся в нашем распоряжении современных технологий может оказаться недостаточно».

График использования накопителей Toshiba в ЦЕРН История развития проекта ЦЕРН. Источник изображения: ©2019 Toshiba Electronics Europe

 «В том, что касается вычислительных мощностей и ёмкости систем хранения данных, масштабирование нашей ИТ-инфраструктуры пока проходит успешно. Не в последнюю очередь этим проект обязан применению высокопроизводительных и надежных жестких дисков Toshiba» (Эрик Бонфиллу, ЦЕРН)

ЦЕРН начинает использовать жёсткие диски Toshiba MG03 (4 ТБ)

ЦЕРН увеличивает ёмкость системы, используя жёсткие диски Toshiba MG04 (6 ТБ)

ЦЕРН обновляет систему хранения данных в 2018 году и берёт на вооружение жёсткие диски MG07 с применением гелия (12 ТБ)

Дальнейшее повышение производительности и ёмкости системы в связи с ростом потребностей научных исследований в свободном месте для хранения данных

Сеанс RUN 1 БАК

Первая длительная остановка системы

Сеанс RUN 2 БАК

Вторая длительная остановка системы

Сеанс RUN 3 БАК

Задача развития ИТ-инфраструктуры: прирост вычислительной мощности x60 и прирост ёмкости системы хранения данных x10 в условиях фиксированного бюджета/уменьшения бюджета

2014 год — ЦЕРН приобретает первые накопители Toshiba

Жёсткие диски Toshiba применяются в ЦЕРН с 2014 года. В основном центру необходимы накопители для серверов с высокой производительностью, высокой надежностью и максимальной ёмкостью. В течение 2013-14 годов ЦЕРН проводит первую запланированную фазу остановки системы, чтобы подготовиться ко новому сеансу работы БАК. В течение этого периода лаборатория модернизирует свои системы хранения данных, установив массивы JBOD 4U на 24 отсека с жёсткими дисками Toshiba MG03SCA400.

Учитывая ёмкость каждого накопителя в 4 ГБ, скорость вращения 7200 об/мин и интерфейс передачи данных с пропускной способностью 6 Гбит/с, каждый массив JBOD обеспечил системе прирост в 96 ТБ. Среднее время безотказной работы жёстких дисков (MTTF) составляет 1,2 млн часов, что соответствует прогнозируемой годовой интенсивности отказов (AFR) в 0,72%.

2015/2016 годы — ЦЕРН начинает сеанс Run 2: потребность в системах хранения данных резко возрастает

С началом сеанса Run 2 в 2015 году потребность в системах хранения данных значительно возрастает. ЦЕРН наращивает ёмкость системы, используя новые жёсткие диски Toshiba с интерфейсом SATA объёмом 6 ТБ, MG04ACA600E. Снова применяются массивы JBOD 4U с 24 отсеками, базовая ёмкость каждого из которых таким образом увеличивается до 144 ТБ.

Показатель MTTF для этой модели составляет 1,4 млн часов, что обеспечивает снижение AFR до 0,62%.

2018 год — Toshiba выпускает модель MG07 с применением гелия и увеличивает ёмкость накопителей до 14 ТБ

 

После 2016 года Toshiba ускорила разработку и внедрение новых моделей корпоративных жёстких дисков большой ёмкости, чтобы удовлетворить мировой спрос на облачные системы хранения данных. Компания выпускает два новых поколения жёстких дисков, MG05 и MG06. Ёмкость накопителя MG06 достигает 10 ТБ. И хотя в конструкции всё еще используется воздух, Toshiba смогла увеличить MTTF до 2,5 млн часов, то есть добиться показателя AFR 0,35% — самого низкого показателя на рынке для накопителей с корпусами, заполненными воздухом.

3,5-дюймовые жёсткие диски с применением технологии обычной магнитной записи (CMR) и корпусами, заполненными воздухом, упираются в потолок ёмкости в 10 ТБ за счёт того, что в их конструкции нельзя использовать больше 7 «блинов».

И хотя теоретически это ограничение можно обойти, используя более тонкие «блины», вес воздуха будет слишком сильно на них давить. В качестве альтернативы можно использовать технологию черепичной магнитной записи (SMR), но это требует особого подхода, чтобы избежать серьезных проблем с производительностью накопителей, и применения совместимых с технологией специальных файловых систем.

Обновление системы хранения данных ЦЕРН в 2018 году совпадает с моментом выхода на рынок накопителей Toshiba из линейки MG07, первых в мире жёстких дисков для серверов с ёмкостью до 14 ТБ. Благодаря покупке и установке 12-ТБ версии накопителей, ЦЕРН удаётся в два раза нарастить ёмкость каждого массива JBOD, доведя её до 288 ТБ.

В накопителях MG07 ёмкость увеличена за счёт применения гелия вместо воздуха, что позволило снизить давление на «блины» и использовать 9 «блинов» вместо 7 без изменения форм-фактора жёсткого диска.

Благодаря применению технологии записи CMR, диски MG07 подходят для любых рабочих нагрузок и лишены проблем с производительностью, связанных с SMR. Помимо этого, коэффициент трения гелия меньше, чем у воздуха, что значительно снижает энергозатраты на вращение «блинов». За счёт тонкой настройки двигателя шпинделя энергопотребление жёстких дисков MG07 с применением гелия удалось снизить на треть (с 11 Вт до <7 Вт).

При этом показатель MTTF новой линейки вырос до 2,5 млн часов.

Рост требований к системе хранения данных для сеанса Run 3

В 2019 году БАК был снова остановлен для обновления компонентов и подготовки к сеансу Run 3, запланированному на 2021 год. Учитывая, что в его ходе установка будет генерировать новую информацию намного быстрее, необходимо значительное расширение системы хранения данных.

Эрик Бонфиллоу отмечает: «Качество продукции и технической поддержки Toshiba полностью соответствуют строгим требованиям ЦЕРН. Благодаря надёжным и ёмким накопителям Toshiba нам удаётся своевременно масштабировать вычислительные мощности и систему хранения данных проекта под рост потребностей в научных расчётах».

Выход на рынок новых 3,5-дюймовых накопителей Toshiba на базе технологий CMR и SMR позволит ЦЕРН использовать жёсткие диски ёмкостью 16 и 18 ТБ, таким образом увеличив общую ёмкость каждого массива JBOD до 432 ТБ.

«Продукты Toshiba отлично подходят для применения в крупных ЦОД, и работа вот уже трёх поколений жёстких дисков Toshiba Enterprise в требовательной ИТ-среде ЦЕРН служит этому факту отличным подтверждением», — отмечает Ларри Мартинес-Паломо (Larry Martinez-Palomo), генеральный директор подразделения по производству жёстких дисков Toshiba Electronics Europe.

Что касается долгосрочных планов в сфере исследований и разработок, Toshiba сейчас занимается созданием технологии магнитной записи нового поколения, которая в дальнейшем позволит увеличить ёмкость накопителей до 20 ТБ при сохранении привычного 3,5-дюймового форм-фактора.

«Мы уверены, что жёсткие диски с применением наших новых технологий помогут ЦЕРН и в дальнейшем решать задачи в сфере масштабирования систем хранения, бюджета, энергопотребления и надёжности», дополняет Мартинес-Паломо.

Чёрная дыра ЦЕРН

Автор: Павел ТЯПКИН
26.01.2018

Кто и зачем придумал адскую историю про Большой адронный коллайдер, в результате работы которого «странные» частицы поглотят всю Землю

Современная ускорительная физика (физика высоких энергий) – одна из самых известных областей фундаментальной науки. Эта область науки изучает состав мельчайших кирпичиков вещества: элементарных частиц типа электронов и других, из которых состоят известные всем из школьной программы протоны и нейтроны, а из них уже состоят все тела. В стремлении «разобрать» всё на составляющие физика дошла до масштабов 10^–18 метра.

Эксперименты с элементарными частицами в области высоких энергий требуют придания частицам большой скорости в пучках ускорителя, чтобы столкнуть их с неподвижной мишенью, как это и происходит в обычном ускорителе. Или можно столкнуть летящие частицы друг с другом в лоб, как в коллайдере (от английского слова collide – «сталкивать») – ускорителе с двумя циркулирующими навстречу друг другу пучками частиц. Основные методы

изучения новых частиц микромира построены на том, что быстролетящие элементарные частицы разбивают и, наблюдая обломки такого столкновения, вычисляя энергию каждого обломка, стараются понять: что это было? на что распалась первичная частица? что образовалось в ходе столкновения?

Все эти эксперименты требуют создания ускорителей – сначала (в 1920-е – 1930-е годы) небольших, а затем объёмных, весом до 36 тысяч тонн металла, как синхрофазотрон в Дубне, запущенный в 1957 году (60 метров в диаметре, с энергией протонов до 10 гигаэлектронвольт (ГэВ). Примерно с 1960-х годов ускорители перестали умещаться в одном здании – их стали прокладывать в туннелях, под землёй. Примерно тогда же ускорители стали строить не просто институты, а международные организации: слишком дорогостоящими для отдельных стран стали эти инструменты физики высоких энергий.

Один из таких подземных коллайдеров – SPS (Суперпротонный синхротрон) длиной в 6,9 км, с энергией протонов до 500 ГэВ, он стал основой Международного европейского института ЦЕРН/CERN, расположенного на границе Франции и Швейцарии, близ Женевы. Там в 1983 году при столкновениях пучка протонов с пучком антипротонов на установках UA1 и UA2 были открыты калибровочные бозоны W+, W- и Z° с нехилыми массами в 80,4 и 91,2 ГэВ/c² (примерно столько весит ядро целого атома рубидия или технеция из десятков протонов и нейтронов). Эти новооткрытые бозоны, хотя и не встречающиеся в свободном состоянии в окружающей материи, очень важны для теории – как частицы, отвечающие за слабое взаимодействие между всеми остальными частицами. Все три этих бозона были предсказаны в 1968 году тремя теоретиками, которые получили Нобелевскую премию ещё в 1979 году. А руководители коллабораций UA1 и UA2 Карло Руббиа и Симон ван дер Меер за открытие этих частиц были уже в 1984 награждены Нобелевской премией (небывало короткий срок между открытием и награждением). Это открытие вполне оправдало создание коллайдера SPS – после него физики-экспериментаторы всего мира, совершенно естественно, были полны планов и мечтаний. Мечты о гигантских ускорителях и о новых открытых частицах прямо витали в воздухе. В историческом плане 1983 год стал переломным годом, началом пика ускорительной физики.

В том же 1983 году в США появился ответ европейскому ускорителю: протон-антипротонный коллайдер Tevatron (он первым достиг энергии в 1000 ГэВ или 1 ТэВ – отсюда его название) в почти семикилометровом туннеле. Именно на этом, сильно усовершенствованном в 1995 году коллайдере открыли t-кварк – последний и самый тяжёлый (с массой в 173,1 ГэВ) кварк в рамках Стандартной модели, развивавшейся с 1950-х годов. Всё, других кварков больше нет. Стандартная модель физики частиц теперь выглядела вполне продуманной, завершённой, с логичными и полными семействами частиц, открытых и подтверждённых экспериментом.

ГОНКА НА СУПЕРКОЛЛАЙДЕРАХ

Так началась лебединая песня ускорительной физики: и ускорители строились, и теория дорабатывалась, а потом подтверждалась, и частицы открывались. Осязаемым чудом этого бума ускорительной физики стал огромный по размеру (кольцевой туннель почти 27 км длиной) электрон-позитронный коллайдер LEP (LargeElectron-Positroncollider), спроектированный в 1981 году и построенный к 1989-му в том же ЦЕРН. LEP был разобран в 2001 году, но туннель до сих пор используется, уже для следующего коллайдера LHC (LargeHadronCollider – Большой адронный коллайдер), или БАК.

А у амбициозных американцев родился план на 12 миллиардов долларов по строительству в полупустыне Техаса протонного коллайдера-монстра, получившего прозвище Desertron (официальное название SSC, SuperconductingSuperCollider – Сверхпроводящий суперколлайдер). Туннель длиной более 87 км на глубинах около 100 метров должен был вместить этот коллайдер со сверхпроводящими магнитами для энергий пучков до 20 ТэВ. Американцы начали копать туннель и к концу 1993 года вырыли более 23 км, все 17 вертикальных шахт, а также собрали более половины дорогих магнитов – более 2 миллиардов долларов уже было истрачено, когда проект зарубили в Конгрессе США

В СССР в том же 1983 году замахнулись на меньший конкурирующий проект под названием УНК (Ускорительно-накопительный комплекс) для Института физики высоких энергий (ИФВЭ). Этот протонный коллайдер с энергией пучка до 3 ТэВ должен был располагаться в туннеле длиной 21 км (на глубинах от 20 до 60 метров) около города Протвино под Москвой. Туннель к 1994 году успели выкопать целиком. На большее денег не хватило, проект закрыли, а туннель до сих пор в порядке: сухой, чистый… и пустой. Для чего его применить, никто до сих пор так и не придумал. Хорошо, что в СССР не успели наделать дорогих магнитов к замороженному проекту, как в США.

Финансовое бремя наступило на горло лебединой песне ускорительной физики: оба проекта, и у нас, и в США, зарезали на полпути. И если в России ещё можно объяснить это экономическими трудностями, то в США подобные доводы точно не работают. Дело в том, что успех такого огромного проекта – то есть возможное открытие новых частиц – был чрезвычайно сомнителен, а затраты на строительство зашкаливали.

Схема строящегося в г. Дубне ускорительного комплекса НИКА (NICA) с коллайдером размером около 500 м

ПРОКЛЯТИЕ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

На ряде проблем, почти одновременно свалившихся на ускорительную физику, надо остановиться подробнее:

1. Грандиозность планов, размеров ускорителей, затрат на них. Сложность проектирования таких колоссальных систем (тем более с международной командой).

2. Длительность времени планирования, согласования планов между несколькими странами и институтами, постройки и наладки ускорителя, а потом затянутость ожидания результатов. Даже когда ускоритель сдан и налажен, запущены сами эксперименты, они могут продолжаться годами. И данные экспериментов могут обрабатываться потом тоже годами.

3. Размытость результатов и заслуг в экспериментах по огромным международным коллективам, которые работают на экспериментальных установках. Вклад каждого отдельного учёного в коллаборации из 300–400 человек чрезвычайно трудно оценить. Ближе к 2010 году количество авторов в публикациях стало достигать 3000, а позже даже 3600 человек. У кого-то вклад в конкретную статью внушительный, а у кого-то просто мизерный.

Сторонний человек, не знающий внутренней кухни данной коллаборации, никогда и не догадается, кто внёс важный вклад в очередную научную статью с долгожданными результатами эксперимента. Всё дело в том, что в заголовках таких статей строго по алфавиту указаны все (абсолютно все) работающие в коллаборации учёные, даже если они ни строчки не написали в данной статье. Конечно, это справедливо: вклад большинства из них есть, но он не в строках статьи, а в разработке детекторов этой экспериментальной установки, в их создании и нудной наладке, в ночных дежурствах во время эксперимента, в удручающе скучной проверке и обработке данных, да много в чём… Но выглядит этот список сотен авторов на несколько страниц очень странно. «Братская могила» – так в шутку называют этот список, и не только русские, эта мрачная аллегория переводится на все языки.

Кстати, о «братских могилах»: в этот список попадали неизвестные науке «поручики Киже». Я сам, работая в ЦЕРН, столкнулся со смешным случаем со списком авторов из примерно 500 учёных, работавших в нашей коллаборации DELPHIна коллайдере LEP. Однажды, осенью 2000 года, я внимательно просматривал этот список в одной важной статье. Уже найдя себя там (TyapkinP.), смотрел дальше, узнавал в списке фамилии своих друзей и внезапно наткнулся на персонажа по имени T. Pavel. Решив, что это славянин, я стал по цифровой ссылке искать место работы этого учёного. К моему удивлению, работал этот персонаж там же, где и я: в Лундском университете. Тут я внезапно понял: кто-то просто принял моё имя за фамилию и вписал меня по второму разу. Я немедленно позвонил в редколлегию, объяснил ситуацию, заверил их, что никакой T. Pavelв Лундском университете не работает, там есть только PavelTyapkin. Они поблагодарили и обещали убрать лишнего «автора». Но и следующая статья коллаборации DELPHIвышла с двойным упоминанием моих имени и фамилии в «братской могиле». Я снова позвонил в редколлегию с претензией, на что мне сказали: «Мы просто не успели убрать эту ошибку».

4. И самая скрытая проблема: груз финансовой и публичной ответственности администраторов науки, которые принимают решения о строительстве ускорителей ценой в миллиарды евро и сооружении на них экспериментальных установок ценой до миллиарда евро, с тысячами учёных, в течение десятков лет работающих на этих установках

Рано или поздно приходит время объявлять о результатах. Вот тогда давление ответственности становится просто невыносимым, а молчание неприличным. Особенно если заметных результатов толком нет. Это не вина администраторов и не вина учёных – может, просто в этом диапазоне энергий, где работал ускоритель, новых частиц нет, потому что так устроена природа.

Учёные любят говорить: отрицательный результат тоже результат, но попробуйте объяснить это обывателю или правительству, давшему огромные деньги много лет назад! Мол, мы построили за 6–7 миллиардов ускоритель и «всего» за 2 миллиарда экспериментальные установки на нём, потратили на электроэнергию и зарплату ещё 1 миллиард за эти 5–10 лет – и где результат?

Числа в этом рассуждении не взяты с потолка, это примерная стоимость проекта LHC/БАК – Большого адронного коллайдера в ЦЕРН с пучками по 7 ТэВ, реализованного к 2009 году и не открывшего ничего до 2012-го. Проект LHC выгодно отличался тем, что был построен в том же самом туннеле, где был коллайдер LEP. Представим себе, что и после 2012 года от создателей LHC был бы такой же «недорезультат»: мы пока не открыли никаких частиц, потому что… их там нет.

Дадут ли вам при таком раскладе ещё раз 10 миллиардов на следующие …дцать лет? Ну чтобы вы и в следующем диапазоне энергий не нашли ни одной частицы? Так, оказывается, устроена природа, но заранее в этом никто не был уверен! Я не шучу о такой возможности: с 2000-х среди физиков бродила так называемая концепция Великой пустыни, по-английски – Desert. Внезапно прозвище не построенного в США суперколлайдера Desertron оказывается издевательски точным. А что если после W+ W- Z° бозонов выше по энергии от 10⁺¹² (Tevatronи БАК) до 10⁺²⁵ эВ никаких частиц просто нет? Что если там действительно простирается «великая пустыня» в смысле частиц?

Такое вот вполне возможное проклятие физики элементарных частиц: ну нет просто более тяжёлых частиц в новых высоких диапазонах энергий, хоть тысячи лет их там ищи на разных ускорителях. В этом никто не виноват, но ведь обидно: чем тогда займётся вся ускорительная физика, многие тысячи амбициозных специалистов?

ГАЛЛЮЦИНОГЕННЫЕ «ОТКРЫТИЯ»

Вот тут и появляется у некоторых администраторов от науки желание выдать на-гора хоть какой-то результат. Натянуть, подправить и изобразить, что хотя бы что-то открыли. Самый впечатляющий пример – это официальное заявление в 2000 году руководства ЦЕРН и коллаборации NA49 (работала на SPS) о якобы «убедительных доказательствах признаков существования нового состояния вещества – кварк-глюонной плазмы»!

Истинная причина громкого заявления была за океаном: в это время в США уже готовился к физическому пуску более мощный ионный коллайдер RHIC, на фоне которого европейский «старичок» SPS из 1980-х годов, даже усовершенствованный для ускорения ионов, был уже уходящей эпохой. Надо было оправдать его модернизацию и всю 11-летнюю работу коллаборации NA49 на одноимённой экспериментальной установке, прокричать на весь мир об «убедительных доказательствах признаков чего-то нового», невзирая на то, что не только убедительных, но и просто доказательств не было.

Самое неприятное в том, что руководство NA49 совсем не поставило в известность об этом якобы открытии своих подчинённых, простых учёных из NA49. Тем утром в ЦЕРН они с удивлением шарахались от учёных других экспериментальных групп, которые с азартом спрашивали коллег из NA49: «Ого! Ну и что вы открыли у себя на NA49?» Ответы в основном звучали так: «Мы? Открыли? Где, на нашей установке NA49? Да вроде ничего… А о чём вообще речь-то?» Они совсем не понимали, как можно что-то вдруг «открыть» на их NA49 тайком – честно говоря, они и выглядели затравленно, для них эти новости и расспросы были как удар мешком по голове. К обеду пришло понимание, что их руководство просто выдало желаемое за действительное, не обсудив с коллективом, фактически подставив его. К вечеру учёные из NA49 уже более-менее освоились и могли вяло отшучиваться на подколки коллег об «убедительных доказательствах признаков существования». Но осадочек, как говорится, остался…

Эти факты не принято выносить из «избы» физиков, где тоже есть свои тайны и желание сохранить «честь мундира». Поскольку я с начала 2005 года не работаю в этой сфере, то могу рассказать и о вот таких «широко известных в узких кругах» неприятных явлениях. Это пример презентации отсутствующих результатов.

А есть вещи куда хуже: чёрный пиар, запугивание далёкого от науки населения нереально дурацкими теориями об ужасном конце света, который якобы мог вызвать великий и могучий LHC/БАК – Большой адронный коллайдер! Об этой истории слышали практически все, но мало кто понял всю глубину падения

КАК ЦЕРН ОПУСТИЛСЯ ДО УРОВНЯ РЕН ТВ

В 2001 году теоретики в поиске нового и неизведанного написали, что в рамках их теории при больших энергиях столкновений частиц в LHC/БАК могут образоваться новые составные «странные» частицы под названием «страпельки» (strangelet по-английски). Якобы они могут и не распасться в миллионные доли секунды (как это обычно бывает с тяжёлыми частицами), а начать притягивать к себе другие частицы, передавать им свою «странность» и засасывать к себе новые и новые частицы. Из стенок трубы, потом из опор, потом из стен туннеля, потом… раздувшиеся «страпельки» наберут такую массу, что провалятся сквозь скальный грунт и уже в центре Земли будут расти и расти… пока не поглотят всю Землю. Жуть да и только.

Эта «теория» попала на вентилятор тележурналистики, и полетела весть по всем каналам: «учёные в ЦЕРН уже почти построили свой адский БАК, который скоро уничтожит нашу планету»; «не дадим безумным учёным уничтожить колыбель человечества!».

В ЦЕРН к этому относились со сдержанным (и не очень) юмором, но маразм ситуации потихоньку нарастал, даже среди учёных появились отдельные индивидуумы, робко спрашивающие друзей-теоретиков в приватной обстановке: «А страпельки-то – они, вообще, есть? Они на самом деле всё к себе притягивают?»

На радость любителям пошутить и подобным индивидуумам в главной аудитории была объявлена лекция одного из ведущих теоретиков ЦЕРН Альваро де Рухула с названием типа: «На самом ли деле БАК уничтожит Землю и что нам с этим делать?» Название обещало недетское развлечение, и я решил пойти. Также решила и половина из тысяч сотрудников ЦЕРН – в аудитории яблоку негде было упасть.

Альваро де Рухула начал со сравнения лучших ускорителей и будущего БАК с космическими частицами. Иногда из космоса на Землю прилетают частицы с огромной энергией 10⁺²⁰ электронвольта (эВ). С энергией, которой частицы БАК с энергией около 10⁺¹³ эВ могут только завидовать. Докладчик сосредоточился на том, как много таких частиц попадает в Землю за год – вызывая огромные (площадью в десятки квадратных километров) ливни вторичных частиц в атмосфере. Таких попаданий не меньше сотни в год. Очевидно одно: столкновение таких частиц не с атмосферой, а с твёрдой мишенью (грунтом, скалой) влечёт рождение более тяжёлых частиц и, возможно, тех же «страпелек», как и в случае с лобовым столкновением частиц в БАК (при меньших энергиях).

Есть ли рядом с Землёй мишень без атмосферы? Да, сказал докладчик, прямо у нас над головой, – это Луна. И существует она там уже около 4,5 миллиарда лет. За это время в неё попали (на доске он быстро пишет мелом оценки по площади Луны, по количеству частиц попавших в Луну за год, потом их общее количество): столько-то частиц – это куда больше, чем столкновений частиц в БАК за всё планируемое время его работы. Если в «старине» БАК за десяток лет работы можно ожидать рождение этих мифических «страпелек», то и в столкновениях космических частиц с Луной за 4,5 миллиарда лет этих «страпелек» можно было бы ожидать куда больше… Но они не уничтожили Луну, так как она до сих пор на месте – значит, либо «страпелек» нет вообще (нет на этих энергиях), либо они не настолько долгоживущие и не столь «липкие», чтобы втянуть в себя всё вокруг…

Альваро де Рухула не просто хороший теоретик, он ещё и талантливый докладчик, умеющий упростить сложные идеи до простых понятий и донести их даже до самых неподготовленных слушателей в аудитории. Я и сейчас помню, что получал истинное удовольствие, слушая его язвительный доклад. Его пример с Луной, так и не исчезнувшей за миллиарды лет в чёрной дыре из «страпелек», был настолько прост и убедителен, что я ожидал завтра же увидеть в официальных сообщениях ЦЕРН этот наглядный пример и пояснение о невозможности конца света от «страпелек». Зря ожидал – ничего подобного не произошло.

В чём тут дело? Можно предположить много причин: занятость теоретиков, отсутствие конкретного заказа, незаинтересованность СМИ. Администрация ЦЕРН – серьёзные физики, они не тратят рабочее время на борьбу с идиотскими идеями и не обязаны опровергать всякую чушь. Но, с другой стороны, была создана официальная рабочая группа по «оценке безопасности работы будущих установок», так и не озвучившая ничего столь наглядного.

На мой взгляд, тут дело в другом. Когда эта чушь попала на телевидение стран мира и вызвала ничем не обоснованную панику далеко от ЦЕРН, опровергать её уже необходимо. Но вот только руководство могло посмотреть на это и с другой стороны, по принципу чёрного пиара: не бывает плохой известности, даже угроза уничтожения всей планеты в ходе экспериментов на БАК играет на руку международному институту – про него узнали даже те, кто и слыхом не слыхивал про ускорительную физику. Не важно, что нет новых открытий, зато теперь про ЦЕРН узнают на всей планете!

Это действительно так. Узнали и даже запомнили. На пару лет. Но это дешёвая популярность, построенная на запугивании каким-то улётным мракобесием, имеющим мало общего с наукой. Оно-то и прорывается на телевидение, а чёткое и понятное разъяснение теоретика уровня Альваро де Рухула – нет, якобы оно никому не нужно, «не схавает» это народ. Что-то не так и в популяризации науки, и в политике телекомпаний. Дешёвую популярность так приобрести можно: у нас на телевидении есть тому очевидный и вопиющий пример – Рен ТВ. А вот завоевать доверие к науке, повысить общий уровень знания в обществе так точно нельзя

Автор во время демонтажа детектора VSAT установки DELPHI около трубы коллайдера LEP, ЦЕРН, конец 2000 года.

ПОБЕГ В АСТРОФИЗИКУ И «ПОБОЧНЫЕ» ОТКРЫТИЯ

Вернёмся от псевдонауки и чёрного пиара к не очень лучезарным перспективам ускорительной физики. Получается, что затраты всё выше, количество учёных на экспериментах всё больше, разработка, постройка ускорителя и последующая обработка данных всё дольше, а результаты (в виде новых открытых частиц) всё реже?

Да, это так, достаточно взять учебники с годами открытия частиц и посмотреть на прогресс: 1983 год – три калибровочных бозона, 1995 год – t-кварк и… ничего до самого конца 2012 года, до открытия частицы бозона Хиггса.

Кроме того, есть своего рода проклятие ускорительной физики, тоже имеющее простые причины в самой природе: увеличение энергии ускорителей до новых диапазонов становится всё сложнее и сложнее. Чтобы удержать частицы на огромных скоростях в вакуумной трубе ускорителя, требуются чрезвычайно сильные магниты (и/или очень большой радиус туннеля) и мощные ускоряющие полости, накачивающие СВЧ-излучением ускоряемые частицы. Несомненно, что есть предел энергии и для электронов, и для протонов, после которых ускорение в циклических круговых ускорителях станет настолько дорогим, что никто и не будет делать ускорители с такой энергией. А прямолинейные ускорители должны будут иметь гигантскую длину (в них ведь не получится гонять пучки по кругу сотни тысяч раз, пока они не разгонятся до нужных энергий).

В результате даже такие энтузиасты, как первооткрыватель калибровочных бозонов, стали сомневаться в основном направлении развития ускорительной физики. Так, Карло Руббиа перешёл на должность генерального директора ЦЕРН, на которой оставался до 1993 года, а потом занялся прикладной физикой. Ему принадлежит новая концепция устройства ядерного реактора под названием «умножитель энергии, или электроядерный реактор».

Как ни странно, но такой «столп фундаментальной науки», как ЦЕРН, за свою историю выдал много полезных изобретений, не связанных напрямую с физикой частиц. Например, в 1990-м физик и программист Тим Бернерс-Ли, именно работая в ЦЕРН, создал ради обмена данными и документами в международной среде физиков протокол HTTP и заложил основу World Wide Web – Всемирной паутины, т.е. Интернета, которым мы теперь пользуемся. Многие новые технологии, включая сверхпроводящие магниты из ускорительной физики, применяются теперь и в промышленности. Для получения прибыли с подобных «побочных» изобретений в ЦЕРН даже создали патентный отдел.

А значительная часть физиков-экспериментаторов, в том числе и из хорошо знакомой мне коллаборации DELPHI, на рубеже 2000-х перешла в астрофизику. Для них это не было спонтанным решением. Чем астрофизика лучше ускорительной физики? А именно тем, о чём говорил теоретик Альваро де Рухула: энергией некоторых космических частиц, которая на порядки выше максимальной и даже планируемой энергии в пучках ускорителей. Причём эти космические частицы достаются нам совсем бесплатно в отличие от ускорителей. Подъём астрофизики связан с прогрессом в области космических аппаратов, электроники и детекторов частиц (разработанных именно для ускорительной физики). Астрофизика при этом изучает не просто частицы, она изучает весь мир на бескрайних просторах космоса, внимательно глядя в которые любой честный человек признаёт, что возможности всей техники человечества ещё слишком слабы, чтобы сравниться с мощью галактических масштабов и космических энергий. 

Возвращаясь от мощи космоса к теориям мельчайших элементарных частиц, нельзя обойти общепринятую Стандартную модель физики частиц. Стандартная модель имеет свои небольшие проблемы, которые решаются добавлением новых свойств частиц, механизмов и т.п. Так же получилось и с предсказанием новой частицы – бозона Хиггса, что назван так по имени британского теоретика Питера Хиггса, который придумал этот бозон ещё в 1964 году.

Суть была не в самой частице Хиггса, массу которой где только не предсказывали: в диапазоне от 52 ГэВ в 1999 году до 476 ГэВ в 2011 году. Основной задумкой и вызовом для теоретиков стал специально придуманный так называемый хиггсовский механизм (даёт массы калибровочным W+ W- и Z° бозонам как переносчикам слабого взаимодействия), за который два его создателя, Франсуа Энглер и Питер Хиггс, получили Нобелевскую премию

Открытие новой элементарной частицы – бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере к концу 2012 года стало долгожданным экспериментальным достижением в физике элементарных частиц. За без малого 20 лет (с 1995 по 2012 год) ускорительная физика не открыла ни одной частицы – факт, который шокировал бы пионеров физики элементарных частиц 1930-х и 1950-х годов… Масса бозона оказалась равной 125 ГэВ, а время его жизни до обидного малым: 10^–24 секунды, теперь можно было переходить к изучению его свойств.

И уже к концу 2013 года физики пришли к выводам: выявленный бозон Хиггса не выходит за пределы Стандартной модели и пока нет никаких экспериментальных указаний на физику за её пределами. Более того, по вариантам распада этого бозона и их вероятности выяснилось: обнаруженный бозон Хиггса – самый стандартный из всех ожидавшихся вариантов. Частица Хиггса, несмотря на свою необычность и драматически долгую дорогу к открытию в эксперименте, подтвердила старую добрую Стандартную модель.

Так единственный полноценный успех ускорительной физики с 1990-х годов одновременно стал новым ударом по теориям суперсимметрии и суперструн. Провал теории суперсимметрии и сомнительные перспективы слишком абстрактной теории суперструн – это, честно говоря, суперзакрытые темы физики частиц.

ПРОВАЛ ТЕОРИЙ СУПЕРСИММЕТРИИ И СУПЕРСТРУН

Среди теоретиков не принято говорить о провале супертеорий. Тем более – выносить это в печать. Запрет 5 лет назад нарушил наш бывший соотечественник, выпускник МФТИ Михаил Шифман. Ныне он занимает постоянную позицию в США, в Миннесотском университете. В октябре 2012 года в своей работе он откровенно призвал коллег-теоретиков сменить курс, искать что-то новое вместо любимых и «модных» в 1980-е годы супертеорий. Но для начала надо официально признать провал и бесполезность этих теорий. Хотя бы ради того, чтобы именно молодёжь из числа фанатов супертеорий (около 2500–3000 учёных, по подсчётам Шифмана) не превратилась в потерянное поколение, утратив способность рождать новые идеи вне общепринятого «тренда».

И какой же была реакция теоретической среды на такое резкое заявление? А никакой – теоретики сделали вид, что этого выступления просто не было. Им не хочется признавать крах этих теорий, не с руки менять статус-кво, нет желания переключаться на новое.

Не реагировали они и на другие критические выступления против суперсимметрии ещё 2000-х годах, например, статьи американского теоретика Ли Смолина. Смолин даже книгу написал о проблемах с теорией суперструн и с её нездоровой почти монополией на научную истину в сфере теории частиц в США. Его книга 2006 года была провокационно названа «Проблема с физикой: возвышение теории струн, падение науки и что придёт потом» – в ней много внимания уделено процессам и методам научного исследования, этике и морали учёных. Но теоретики отбросили всю эту критику, так как автор явно не «из их круга» – он никогда не был сторонником теории суперструн, а потому и не может восприниматься ими как достаточно одарённый, чтобы судить о ней!

Впрочем, логика «человек не нашего круга – недостаточно хороший теоретик» уже не действует в случае с Михаилом Шифманом – бывшим сторонником суперсимметрии. Он сам с 1982 года был поражён элегантностью и красотой новой теории под мистическим названием «суперсимметрия» и написал много работ в её рамках. Но он нашёл в себе мужество и научную честность признать простой факт, что потратил это время зря, что некогда «модная» теория просто не работает. Неважно, насколько горько и обидно говорить: «но природе она не нужна», как это говорит с 2012 года Шифман, важно только то, насколько это близко к научной истине.

Квантовая теория струн возникла в начале 1970-х годов. Теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн (одномерных протяжённых объектов) на масштабах порядка планковской длины, равной 10^–35 метра. Ну а современные эксперименты работают с масштабами до 10^–18 метра – значит, эта теория вообще непроверяема.

Суперсимметрия сразу возникла в контексте версии теории струн, ради связи двух полей двух разных типов частиц: фермионов и бозонов. Для этого суперсимметрия предполагает удвоение (как минимум) числа элементарных частиц за счёт новых частиц. Каждой частице выдумывается так называемый суперпартнёр: для фотона – фотино, для кварка – скварк, для хиггса – хиггсино и так далее. Тут уже не обойтись красивыми словами про многомерное пространство, как в теории струн, тут надо предсказывать массы и проявления этих новых «суперпартнёров». Чем теория суперсимметрии и занимается уже более 40 лет. Абсолютно безуспешно: ни одна из предложенных, рассчитанных, предсказанных «суперчастиц» этой теории никогда не была найдена ни в одном эксперименте. С открытием бозона Хиггса, который тоже отказался показывать даже малейшие признаки наличия у себя «суперпартнёра», теория суперсимметрии попала в патовую ситуацию: и предсказывать больше нечего, и успехи предъявить невозможно, так как их нет

Но нет и признания провала. Сами теоретики в частных беседах упирают на особую «красоту» теории суперсимметрии, как это и отметил Шифман. Сторонники суперсимметрии уверены, что эта чисто субъективная красота перевешивает все негативные стороны теории, даже полное отсутствие её результатов. Странная позиция.

Законы природы не обязаны следовать за нашими мечтами и ощущениями красоты – как раз наоборот: мы должны эти законы максимально точно описать. Ещё в 30-е годы XX века, с рождением квантовой механики, физики обнаружили, что законы микромира на атомных и субатомных масштабах сильно отличаются от привычных нам законов природы в нашем макромире. В микромире человеческая логика уже не работает, а значит, и человеческие критерии красоты там тоже бесполезны. Увы, теоретическое сообщество продолжает хранить молчание – им проще делать вид, что всё хорошо и никакой проблемы нет.

Синхрофазотрон ОИЯИ весом в 36 000 тонн и длиной окружности около 190 м (вид на магниты сверху), введённый в строй в 1957 году в г. Дубне, СССР

ЦЕНЗУРА «ЗАПРЕТНЫХ ТЕМ»

Не только физику частиц, но и всю науку всегда спасало одно важное свойство человеческого разума: его гибкость. Вовремя сменить курс так же важно, как и его правильно выбрать. Сколько было воздвигнуто ложных теорий в истории науки (взять хотя бы геоцентрическую систему мира и теорию «теплорода»), но они пали под ударами критики и не выдержали конкуренции с более удачными теориями. Важными условиями такой смены парадигм являются открытая борьба научных школ, свобода критики «господствующей» теории без опасений за своё статус-кво, да и просто отсутствие запретных тем.

И в теории, и в экспериментах физики частиц гибкость подходов должна играть ключевую роль: если теория не работает, надо разрабатывать новую, если новые ускорители слишком дороги, значит, надо модифицировать старые или работать с космическими частицами, развивать астрофизику. А если новых частиц на новых диапазонах энергии нет, значит, нужны более тонкие, но недорогие эксперименты на меньшей энергии, не с целью открыть новые частицы, а для уточнения других свойств, для работы на стыке наук. Примерно так уже и происходит в научных центрах:

В Германии был принят в реализацию проект рентгеновского лазера на свободных электронах под названием XFEL, своего рода гибрид микроскопа с ускорителем, который изначально направлен на эксперименты в области биологии и молекулярной химии. А у нас в России решили строить протонный и ионный коллайдер NICA с более чем скромной энергией пучков в 11 ГэВ. Коллайдер NICA изначально нацелен не на открытие новых частиц, а на исследования свойств кварк-глюонной плазмы, а также чисто прикладные, нефундаментальные исследования. В рамках такого подхода пока и развивается ускорительная физика, планы в этом направлении есть до 2022 года, а там будущее покажет, насколько текущий гибкий путь подходит для прогресса в этой области науки.

Фото из архива автора

Авторы:  Павел ТЯПКИН

IBM построит Storage Tank для суперколлайдера CERN

ПАРИЖ – IBM будет спонсировать ИТ-исследования в CERN, Европейской организации ядерных исследований, тестируя свою будущую сетевую технологию хранения, Storage Tank, в открытой лаборатории CERN для приложений DataGrid, заявила сегодня компания.

ЦЕРН проводит эксперименты в области ядерной физики. В 2007 году ожидается запуск Большого адронного коллайдера (LHC), ускорителя частиц, который приведет протоны и ионы к лобовым столкновениям при более высоких энергиях, чем когда-либо ранее.Эксперимент, целью которого является воссоздание условий, преобладающих в ранней Вселенной сразу после «Большого взрыва». будет генерировать около 10 петабайт (10 миллионов гигабайт) данных каждый год, согласно данным CERN.

Однако более интересным для ИТ-менеджеров является то, как ЦЕРН планирует сделать этот объем данных доступным для анализа научному сообществу. Это будет сделано путем создания распределенной сети хранения данных и грид-вычислений, доступной исследователям по всему миру.

«Задача состоит в том, чтобы к 2007 году создать рабочую сетку, способную обрабатывать петабайты данных, поступающих из LHC», – сказал Франсуа Грей, сотрудник CERN по разработке openlab.

«Мы изучаем методы, которые еще не являются коммерческими, но будут готовы к тому времени, когда LHC будет запущен и заработает», – сказал он. По его словам, это также возможность для промышленных партнеров CERN протестировать свои технологии в реальных приложениях.

Первые два промышленных спонсора, Hewlett-Packard Co. и Enterasys Networks Inc., присоединились к усилиям в сентябре прошлого года. HP предоставила 32-узловой кластер компьютеров, построенный на процессорах Intel Itanium 2. Enterasys пожертвовала сеть Ethernet со скоростью 10 Гбит / с для их подключения и согласилась предоставить техническую поддержку и форумы по продуктам и технологиям, общая сумма инвестиций оценивалась в 1 доллар.5 миллионов.

Со своей стороны IBM предоставит 20 Т байт (20 000 Гб) дискового хранилища, кластер из шести систем eServer xSeries под управлением Linux, а также техническую поддержку на месте на общую сумму 2,5 миллиона долларов. Оборудование будет доставлено до конца года.

Эти 20 Тбайт хранилища очень далеко от объема, который в конечном итоге предусматривает ЦЕРН, но цель состоит в том, чтобы постепенно увеличивать объем хранилища, чтобы к 2005 году провести тесты с объемом хранилища около петабайта, сказал Грей. Данные для этих испытаний будут получены из моделирования столкновений адронов, основанного на текущих теориях. Сравнение их с петабайтами данных, собранных в результате экспериментальных наблюдений, позволит ученым проверить свои модели.

При работе коллайдера, генерирующего 100 Мбайт данных в секунду, задача управления данными огромна.

«Это действительно выходит за рамки традиционных сетевых хранилищ. Когда у вас есть такие объемы данных, их управление и организация становится проблемой», – сказал Брайан Карпентер, выдающийся инженер IBM Systems Group.«Вот тут-то и пригодится Storage Tank».

Storage Tank использует серверы метаданных, чтобы отслеживать, где находятся данные. Сетевые клиенты спрашивают серверы, где найти нужные им данные, а затем загружают их прямо с сетевых запоминающих устройств, на которых они расположены – это похоже на то, как DNS (система доменных имен) в Интернете указывает клиентов на хосты, но не вмешивается. в передаче данных от них, сказал Карпентер.

IBM планирует использовать этот проект в качестве испытательного стенда для этой технологии виртуализации хранилища и управления файлами, которая, по ее словам, будет играть ключевую роль в ее работе с CERN.

В этой реализации Storage Tank будет использоваться протокол iSCSI SAN (сеть хранения данных), работающий через Ethernet со скоростью 10 Гбит / с, но «в соответствии с конструкцией Storage Tank он может работать через любую SAN в серверной части», – сказал Карпентер. Система работает в основном на Linux, но идея состоит в том, чтобы сделать программное обеспечение более доступным, чем это, в частности, клиентское программное обеспечение, необходимое для интеграции с локальной файловой системой, сказал он.

Клиентское программное обеспечение Storage Tank будет работать с операционными системами Windows, AIX, Solaris и Linux, говорится на веб-сайте исследовательского центра IBM в Альмадене, Калифорния., где разрабатывается Storage Tank.

По словам Карпентера, несмотря на то, что столкновение субатомных частиц друг с другом может показаться не лучшим бизнес-предложением, существуют и другие приложения, имеющие важное экономическое значение, которые включают научное изучение таких же больших наборов данных, например, анализ сейсмологических данных для разведки нефти.

«Если мы сможем масштабироваться до этого 10-байтового уровня, который они ставят перед собой, это будет хорошим тестом для Storage Tank», – сказал он.

Грей видит преимущества, возникающие в результате стресс-теста на совместимость, позволяющего заставить систему работать для разнообразной группы пользователей.

«Идея состоит в том, что 8000 ученых по всему миру должны иметь доступ к данным из своих собственных лабораторий, используя все виды компьютерных и системных технологий», – сказал он. «Это самый анархический тест, который вы можете себе представить. Если что-то работает в этом сообществе, они будут работать и в другом месте».

Copyright © 2003 IDG Communications, Inc.

Изучение семян облаков в исследовательских лабораториях ЦЕРН · Границы для молодых умов

Абстрактные

В небе для образования облаков необходимы крошечные частицы.Эти частицы могут поступать прямо из земли (например, из вулканов или загрязнений, производимых промышленностью), или они могут образовываться в небе, когда липкие молекулы слипаются. Чем больше в небе частиц, тем белее облака. Более белые облака отражают больше солнечных лучей. Это приводит к охлаждению климата Земли. Таким образом, частицы в небе влияют на облака, а это, в свою очередь, влияет на глобальное потепление. Поэтому важно понимать, как образуются эти частицы. Чтобы изучить это, мы измерили скорость образования частиц при добавлении контролируемого количества липких газов в резервуар в исследовательской лаборатории CERN.С помощью компьютерного моделирования мы использовали результаты, чтобы оценить, какие газы наиболее важны для образования частиц в различных частях атмосферы. Это исследование поможет ученым понять, как частицы влияют на климат Земли.

Частицы в воздухе

Воздух состоит из мельчайших известных нам объектов, которые стабильны сами по себе: атомов и молекул. Однако воздух вокруг нас также несет в себе множество крошечных частиц: слишком маленьких комков, чтобы их можно было увидеть. Как и другие твердые тела и жидкости, крошечные частицы в воздухе состоят из множества молекул, связанных друг с другом электрическим притяжением.

Частицы настолько легкие, что движутся по воздуху. Медленно они падают на землю под действием силы тяжести, но движущийся воздух толкает их гораздо сильнее, чем сила тяжести тянет их вниз. Частицы разносятся ветром и могут путешествовать на большие расстояния, даже через континенты, прежде чем попасть на Землю. Когда в воздухе много частиц, небо становится туманным, поэтому становится труднее видеть на больших расстояниях.

Вблизи суши наиболее крупными частицами в воздухе обычно являются пыль или пыльца.Самыми маленькими являются кластера , состоящие всего из нескольких молекул, во много раз меньше пыли или пыльцы. Дым также состоит из частиц. Частицы дыма больше молекулярных кластеров, но меньше пыли. Когда частицы возникают в результате деятельности человека, мы называем их загрязнением воздуха. Однако загрязнение воздуха также может быть связано с отдельными молекулами ядовитых газов.

Частицы в небе важны по двум основным причинам. Во-первых, опасно вдыхать слишком много из них. Например, выхлопные газы автомобилей, такие как курение, могут вызвать рак.Вторая причина важности частиц заключается в том, что они необходимы для образования облаков.

Создание облаков

Облака, будь то большие серые слои, пушистые белые комочки или полосы в небе от самолетов, имеют несколько общих черт. Что наиболее важно, они состоят из крошечных капель воды, называемых «облачными каплями». Капли облаков образуются, когда горячий воздух от поверхности Земли поднимается и медленно остывает. Как и частицы, облачные капли настолько малы, что не падают на землю (если только из облака не идет дождь).Поднимающийся вокруг них воздух толкает их вверх, гравитация тянет их вниз, и в конечном итоге они просто плавают по небу.

В небе вода существует в виде газа, если нет какой-либо поверхности, к которой она могла бы прилипать, или если она действительно очень холодная (-38 ° C). Когда есть поверхность, вода может разжижаться (становиться жидкостью) или замерзать на поверхности, как это происходит на земле. Однако в небе нет больших явных поверхностей. Следовательно, чтобы сделать облачную каплю, вам понадобится крошечная частица, у которой есть небольшая поверхность, к которой может прилипать вода.Частица действует как затравка для капли. Чтобы капля работала, частицы должны иметь диаметр около 50 нм: примерно одну тысячную толщины волоса. На рисунке 1 показано, откуда берутся эти частицы в атмосфере.

• Рис. 1. Откуда берутся частицы в атмосфере (слева и в центре рисунка) и как они теряются (крайний справа).
• Частицы пыли, морских брызг и дыма исходят непосредственно от земли (синие стрелки), а молекулы газа также могут слипаться, образуя частицы (красные стрелки).Если в небе больше частиц, облака становятся белее, поэтому они отражают больше солнечных лучей обратно в космос. Адаптировано из оригинальной схемы Джаспера Киркби.

Если в небе меньше частиц, в каждом облаке будет меньше капель. Это делает облака темнее. Темные вещи нагреваются легче, чем яркие: например, попробуйте (осторожно) прикоснуться к черной машине, когда она солнечная, а затем попробуйте прикоснуться к белой машине. Поскольку более темные облака могут легче нагреться, если облака темнее, Земля нагреется.Это может иметь большое влияние на температуру Земли, потому что в среднем облака покрывают более половины поверхности Земли.

Когда мы загрязняем атмосферу, например дымом, мы меняем количество частиц в небе. Это меняет яркость облаков: они становятся белее, больше отражают солнечные лучи и с трудом нагреваются. Это снизило глобальное потепление с парниковых газов до , таких как углекислый газ, которые мы испытали за последние 100 лет, возможно, наполовину, возможно, на четверть.Воздействие частиц на температуру Земли очень неопределенно. Нам нужно лучше понять эти частицы, чтобы понять, какое именно потепление (или охлаждение) они вызывают [1].

Создание частиц

Воздух в основном состоит из молекул азота и кислорода, но есть много других молекул, плавающих в воздухе. Некоторые молекулы, составляющие воздух, более липкие, чем другие. (Подробное объяснение см. Во вставке 1). Вода довольно липкая, но некоторые молекулы настолько липкие, что могут образовывать частицы, слипаясь сами по себе, без поверхности, которая нужна воде.Мы называем этот процесс склеивания зародышеобразованием .

Вставка 1. Почему одни молекулы более липкие, чем другие

Почему некоторые молекулы слипаются?

В этой статье я описал некоторые молекулы как «более липкие», чем другие. На самом деле это означает, что одни молекулы сильнее притягиваются к другим электрическим силам. Все атомы состоят из крошечного ядра и нескольких электронов, находящихся вне ядра. Как электроны расположены вокруг атома, зависит от того, что это за атом [например, в воде (H ₂ O), будь то атом водорода или атом кислорода].В таких молекулах, как вода, электроны распределяются между атомами. Если атомы в молекуле одинаковы [как в молекуле кислорода (O ₂ )], распределение равное. Если атомы разные, обычно одни типы атомов лучше притягивают к себе электроны, чем другие. В воде кислород лучше притягивает электроны к себе, чем водород, поэтому электроны в основном сидят вокруг атома кислорода: распределение не равно.

Электроны имеют отрицательный электрический заряд.Поскольку большая часть электронов в воде находится вокруг атома кислорода, а не атомов водорода, атом кислорода оказывается слегка отрицательно заряженным, а атомы водорода слегка положительными. Атом кислорода на одной молекуле воды может притягивать атомы водорода другой молекулы воды, потому что притягиваются разные заряды. Это делает воду более липкой, чем симметричные молекулы, такие как водород (H ₂ ) или кислород (O ₂ ), где электроны распределены поровну.

Чем более липкая молекула, тем более вероятно, что она существует в виде жидкости или твердого тела, а не в виде газа.Это объясняет, почему вода при комнатной температуре является жидкой, а кислород и водород – газами. Серная кислота и молекулы терпенов (см. Ниже) более липкие, чем вода. В атмосфере они сначала слипаются, а потом к ним прилипает вода, образуя облачные капли.

Как мы видели на Рисунке 1, около половины частиц, которые действуют как семена облаков в небе, исходят из земли – например, сажа, пыль или пыльца. Мы называем эти первичных частиц .Другая половина образуется в результате зародышеобразования, когда самые липкие газы в небе слипаются [2]. Недавно мы опубликовали исследование о том, какие газы в небе слипаются, образуя частицы, которые действуют как семена облаков.

Что мы уже знали о создании частиц

Вероятно, лучшая молекула для создания частиц в небе – серная кислота. Серная кислота поступает из вулканов, морского планктона или сжигания ископаемого топлива. Молекулы серной кислоты очень хорошо прилипают к воде.Молекулы также очень хорошо прилипают друг к другу. Это означает, что они могут создавать частицы в небе и прилипать к воде, образуя семена облачных капель.

Однако серной кислоты часто бывает недостаточно, чтобы частицы стали достаточно большими, чтобы действовать как семена облаков. Молекула серной кислоты составляет всего около половины нанометра в поперечнике, поэтому вам нужно много молекул, чтобы сделать частицу диаметром 50 нм (достаточно большой, чтобы быть семенем облака). А когда две молекулы серной кислоты слипаются, они могут снова легко распасться.Кластер из двух молекул вряд ли вырастет в облако.

Некоторые другие молекулы могут препятствовать распаду молекул серной кислоты, связывая вместе небольшой комок серной кислоты. Молекулы серной кислоты могут прилипать друг к другу, но есть другие молекулы, к которым они лучше прилипают. Эти молекулы могут удерживать кластер от разрушения на достаточно долгое время, чтобы позволить большему количеству молекул серной кислоты попасть в него, прилипнуть к нему и заставить его расти. Более крупные частицы с гораздо меньшей вероятностью развалятся на части, потому что многие молекулы захвачены внутри частицы, поэтому они не могут вырваться наружу.Этот механизм показан на рисунке 2.

• Рисунок 2 – Как молекулы могут слипаться, чтобы стать семенами облаков.
• Когда первые несколько молекул (слева, показаны в виде шариков и клюшек) слипаются вместе, в результате получается скопление молекул. В кластере пунктирными линиями показаны силы, стягивающие молекулы. Этот кластер довольно нестабилен и может снова легко развалиться. Если другие молекулы сталкиваются с кластером, они могут прилипнуть к нему. Если кластер вырастает до размера, при котором он вряд ли развалится, мы называем его частицей (красная сфера).Более крупные частицы могут тогда действовать как семена для облачных капель. Количество семян можно уменьшить, если мелкие частицы прилипнут к более крупным (коричневый шар). Адаптировано из оригинальной схемы Джаспера Киркби.

Наше исследование: что связывает молекулы серной кислоты вместе?

Хорошим клеем для молекул серной кислоты является аммиак [3]. Как и серная кислота, аммиак в больших количествах ядовит, но в организме его немного. Вызывает запах мочи. На основании данных, которые мы собрали в нашем исследовании, мы подсчитали, что почти две трети частиц в атмосфере, которые были сделаны из серной кислоты, также нуждались в аммиаке, чтобы склеить молекулы кислоты вместе.

Другие хорошие клеи для молекул серной кислоты получают из деревьев [4]. Деревья, особенно сосны, выделяют молекулы, которые мы называем терпенами , которые содержатся в смывке краски (скипидар). Терпены также заставляют сосновый лес пахнуть свежестью – гораздо приятнее, чем моча! После некоторых химических реакций с другими веществами в воздухе эти молекулы также образуют хороший клей. На основе нашего исследования мы подсчитали, что примерно каждая пятая частица в атмосфере была образована терпенами в качестве клея.А в некоторых случаях молекулы, относящиеся к терпенам, не просто хороший клей, они могут образовывать частицы вообще без серной кислоты [5].

Есть еще одна вещь, которую мы изучили, которая важна для создания частиц в небе: « космических лучей ». Это субатомные (действительно, очень маленькие) частицы из космоса, которые постоянно падают на Землю. Космические лучи могут сталкиваться с серной кислотой или другими молекулами в атмосфере и делать их более липкими. Они делают это, выбивая электроны из молекул, с которыми они сталкиваются, оставляя их положительно заряженными.Электроны могут прилипать к другим молекулам, делая их отрицательными. Подобно тому, как притягиваются заряды, электрически заряженные молекулы могут притягиваться друг к другу внутри частицы. Это может помочь частицам оставаться вместе, не разваливаясь на части [6]. Наше исследование позволило нам лучше, чем когда-либо прежде, оценить, насколько важны космические лучи в формировании частиц в атмосфере.

Как мы все это узнали?

Ученые обычно проверяют свои идеи, проводя эксперименты. У нас есть специальная лаборатория в Швейцарии, где мы можем проводить эксперименты по созданию частиц.Он находится в большом исследовательском центре под названием CERN , там же, где и Большой адронный коллайдер (LHC). LHC – гораздо более крупный эксперимент, который сталкивает субатомных частиц (очень похожих на космические лучи). Ученые из LHC делают это, чтобы попытаться узнать, как возникла Вселенная и что находится внутри атомов, из которых мы состоим. Наш меньший эксперимент называется CLOUD, что означает «Космики, оставляющие наружные капли».

Эксперименты в облаке [1] (http: // cloud.web.cern.ch/) происходит в большом металлическом резервуаре высотой около 3 м и шириной, наполненном воздухом. В резервуаре (рис. 3) мы смешиваем газы, которые, по нашему мнению, образуют частицы, и измеряем скорость их появления. В атмосфере есть все виды газов, и трудно понять, какие газы образуют частицы, а какие нет.

• Рисунок 3 – Эксперимент CLOUD в ЦЕРНе.
• Бак (в центре фото) покрыт изоляцией для предотвращения изменения температуры.Бетонные блоки (фон) удерживают субатомные частицы внутри, подальше от ученых, работающих в зале. Фото Антти Оннела.

Наш резервуар особенный, потому что он чрезвычайно чистый: наш воздух создается искусственно путем смешивания жидкого азота и жидкого кислорода, и он герметичен, чтобы внутрь не попадали загрязнения извне. Мы вводим только несколько газов, и мы точно знаем сколько каждого газа мы заправляем. Это позволяет нам измерить, насколько липкий каждый газ.

Используя ОБЛАКО, мы также можем увидеть, как космические лучи помогают создавать частицы, засевающие облака, отправляя в наш резервуар гораздо более мелкие субатомные частицы, полученные в результате других экспериментов ЦЕРНа.Это имеет тот же эффект, что и космические лучи через наш резервуар. Подобно космическим лучам, субатомные частицы делают молекулы более липкими. Мы можем видеть, сколько еще частиц мы производим, когда включаем эти искусственные космические лучи, и это помогает нам понять разницу, которую космические лучи вносят в формирование частиц.

В атмосфере количество частиц космических лучей выше на большой высоте (например, на самолетах или на вершинах гор), чем на уровне земли, потому что они поглощаются воздухом.Следовательно, включив дополнительные частицы из других экспериментов ЦЕРНа, мы можем воспроизвести условия высоко в атмосфере. Это основная причина, по которой эксперимент CLOUD должен проводиться в ЦЕРНе. После того, как мы измерили, насколько хорошо газы слипаются в эксперименте ОБЛАКА, мы используем результаты в компьютерном моделировании частиц в атмосфере. Это набор математических рецептов для всех процессов на рисунке 1, записанных в большой компьютерной программе [7]. Эта программа (рис. 4) сообщает нам количество липкого газа во всех точках нижних слоев атмосферы (высота ниже 20 км).Имея эти данные о количестве газов, мы можем затем использовать результаты экспериментов с ОБЛАКАМИ, чтобы сказать нам, сколько частиц образуется за секунду или за день. Когда у нас есть частицы в нашей симуляции, мы моделируем, как они растут или слипаются, образуя семена облаков, и как они теряются на земле. Это говорит нам о том, насколько важны различные способы образования частиц во всех точках атмосферы.

• Рис. 4. Блок-схема, объясняющая компьютерное моделирование, необходимое для превращения экспериментов в CLOUD в предсказания о влиянии образования частиц на климат Земли.
• Компьютерная программа объединяет наши результаты о том, насколько хорошо молекулы связаны друг с другом, с оценками количества липкого газа в каждом месте атмосферы. Это позволяет нам выяснить, сколько частиц образуется за определенный промежуток времени в каждой части атмосферы. Затем мы вычисляем, сколько частиц теряется за это время, когда они слипаются или падают на землю. Уравновешивание образования и потери частиц позволяет нам определить, сколько частиц содержится в каждой части атмосферы.Затем мы можем увидеть, как добавление частиц может повлиять на яркость облаков в этом месте: чем больше семян облаков, тем ярче облака. С его помощью мы можем увидеть, какая часть солнечной энергии будет отражена и что все это значит для климата Земли.

Что все это значит?

Двести лет назад в атмосфере было примерно вдвое меньше серной кислоты, чем сейчас. Это в основном потому, что мы сожгли так много угля за последние двести лет. Итак, то, что делает семена облаков сейчас, может сильно отличаться от того, что создавало семена облаков двести лет назад.До того, как мы начали сжигать много угля, высвобождение терпенов из деревьев должно было быть более важным, а серная кислота – менее важным [8].

Таким образом, в будущем, когда мы перестанем сжигать грязный уголь, высвобождение терпенов из деревьев снова станет более важным. В некоторых местах у нас будет меньше кислоты, чтобы производить семена облаков, и в целом будет меньше семян облаков. В облаках, вероятно, будет столько же воды, но меньше капель. Это может повысить вероятность того, что они выпустят воду в виде дождя.Это также делает облака более темными, что приводит к потеплению планеты, как мы уже обсуждали [1]. Наше исследование дает оценку того, насколько молекулы деревьев по сравнению с аммиаком важны для образования частиц семян облаков. Эта информация поможет ученым оценить, насколько очистка воздуха повлияет на наш климат.

Глоссарий

Cluster : ↑ Небольшое количество молекул, которые слиплись. Кластеры могут превращаться в атмосферные частицы, если больше молекул сталкиваются с кластером и прилипают к нему.

Парниковый газ : ↑ Газ в атмосфере, поглощающий энергию Солнца, например двуокись углерода. Молекулы, содержащие более двух атомов, вероятно, являются парниковыми газами.

Нуклеация : ↑ В контексте этой статьи это означает образование частиц в небе через слипание молекул газа. Также называется «образование вторичных частиц» или «образование новых частиц».

Семя облаков : ↑ В атмосфере обнаружена частица, на которую вода может конденсироваться, образуя облачную каплю.Обычно семена облаков должны быть не менее 50 нм в диаметре.

Первичная частица : ↑ Частица в атмосфере, которая пришла прямо из земли, а не образовалась в результате зародышеобразования. Примеры первичных частиц, часто наблюдаемых в атмосфере, включают дым (сажу), пыль и морскую соль.

Терпены : ↑ Молекулы, испускаемые деревьями, химическая формула C ₁₀ H ₁₆ . Реакция этих молекул с кислородом приводит к молекулам, которые образуют частицы.

Космические лучи : ↑ Субатомные частицы высокой энергии, падающие на Землю из космоса.

CERN : ↑ Европейская организация ядерных исследований, где проводился эксперимент CLOUD и несколько других экспериментов с субатомными частицами. В крупнейших экспериментах в ЦЕРНе используются субатомные частицы с Большого адронного коллайдера (LHC).

Субатомная частица : ↑ Частицы меньше атомов. Наиболее распространенные субатомные частицы – это протоны, нейтроны и электроны.Они составляют атомы. Космические лучи могут содержать более экзотические субатомные частицы, например пионы или мюоны.

Высота : ↑ Высота над поверхностью Земли.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

---

Первоисточник Статья

↑ Данн, Э.M., Gordon, H., Kürten, A., Almeida, J., Duplissy, J., Williamson, C., et al. 2016. Глобальное образование атмосферных частиц по измерениям CERN CLOUD. Science 354: 1119–24. DOI: 10.1126 / science.aaf2649

---

Список литературы

[1] ↑ Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G-K., Tignor, M., Allen, S. K., Boschung, J., et al., Eds. 2013. Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК.Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.

[2] ↑ Мериканто, Дж., Спраклен, Д. В., Манн, Г. В., Пикеринг, С. Дж., И Карслав, К. С. 2009. Влияние зародышеобразования на глобальные CCN. Атмос. Chem. Phys. 9: 8601–16. DOI: 10.5194 / acp-9-8601-2009

[3] ↑ Кулмала М., Пирйола У. и Мякеля Дж. М. 2000. Стабильные сульфатные кластеры как источник новых атмосферных частиц. Природа 404: 66–9. DOI: 10.1038 / 35003550

[4] ↑ Уэнт, Ф.В. 1960. Голубая дымка в атмосфере. Nature 187: 641–3. DOI: 10.1038 / 187641a0

[5] ↑ Киркби Дж., Дюплисси Дж., Сенгупта К., Фреге К., Гордон Х., Уильямсон К. и др. 2016. Ионно-индуцированное зарождение чистых биогенных частиц. Природа 533: 521–6. DOI: 10.1038 / природа17953

[6] ↑ Киркби, Дж., Куртиус, Дж., Алмейда, Дж., Данн, Э., Дюплисси, Дж., Эрхарт, С. и др. 2011. Роль серной кислоты, аммиака и галактических космических лучей в зародышеобразовании атмосферного аэрозоля.Природа 476: 429–33. DOI: 10.1038 / nature10343

[7] ↑ Спраклен, Д.В., Прингл, К.Дж., Карслоу, К.С., Чипперфилд, М.П., ​​и Манн, Г.В. 2005. Глобальная автономная модель микрофизики аэрозолей с разрешенным размером: I. Разработка модели и прогнозирование аэрозолей характеристики. Атмос. Chem. Phys. 5: 2227–52. DOI: 10.5194 / ACP-5-2227-2005

[8] ↑ Gordon, H. , Sengupta, K., Rap, A., Duplissy, J., Frege, C., Williamson, C., et al. 2016. Снижение антропогенного радиационного воздействия аэрозолей, вызванного образованием новых биогенных частиц.Proc. Natl. Акад. Sci. США 113: 12053–8. DOI: 10.1073 / pnas.1602360113

GTT, нотифицированный ЦЕРН для проектирования берегового резервуара для хранения

Сохранить в список для чтения Опубликовано Алекс Хизерсей, Помощник редактора
Углеводородная инженерия, четверг, 06 сентября 2018 10:30

---

Компания «Газтранспорт и Технигаз» (GTT) получила заказ от имени Европейского совета по ядерным исследованиям (CERN) на проектирование системы защитной оболочки берегового резервуара для хранения 12 500 м ³ , предназначенного для хранения жидкого аргона для экспериментальных целей.

Этому проекту предшествовало строительство двух небольших резервуаров для хранения, предназначенных для серии испытаний, выполненных ЦЕРН от имени лаборатории нейтрино с длинной базой – Эксперимент с глубоким подземным нейтрино (LBNF-DUNE), который включает ЦЕРН и ряд других исследований. институты в Европе, Азии и Америке.

Научный проект направлен на изучение физики нейтрино, фундаментальных компонентов материи и сил, действующих между ними. В этом контексте резервуар, оснащенный мембранной защитной системой GTT, будет содержать жидкий аргон.

На данный момент это единственная система, позволяющая сохранять чистоту аргона, необходимую для хорошей реализации эксперимента. Водохранилище 12 500 м ³ будет установлено на глубине 1500 м под землей в Южной Дакоте, США. Его строительство начнется в начале 2020 года.

Прочтите статью онлайн по адресу: https://www. hydrocarbonengineering.com/tanks-terminals/06092018/gtt-notified-by-the-cern-for-the-design-of-an-onshore-storage-tank/

Возможно вам понравится

пятница, 31 декабря 2021 г. 09:00

Компании подписали меморандум о взаимопонимании для изучения потенциала цепочки поставок экологически чистого жидкого водорода из Западной Австралии в Сингапур и, возможно, в Японию.

ЦЕРН предоставит второй криостат DUNE

Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована Европейской организацией ядерных исследований CERN.

Нейтрино – хитрые звери. Единственные среди известных элементарных частиц они страдают от кризиса идентичности – если бы можно было поставить их на весы, вы бы непредсказуемо измерили бы одну из трех возможных масс.В результате три нейтринных «аромата» сливаются друг с другом по мере того, как они мчатся через пространство и материю, открывая потенциал для асимметрии материя-антивещество, имеющий отношение к открытым вопросам космологии. Сегодня нейтрино являются предметом яркой всемирной исследовательской программы в области физики элементарных частиц, астрофизики и астрономии с множеством мессенджеров.

Яркий пример международного сотрудничества в области физики элементарных частиц – ЦЕРН согласился создать второй «криостат» для детекторов международного эксперимента Deep Underground Neutrino в США.Криостаты – это огромные сосуды из нержавеющей стали, которые в конечном итоге будут содержать и охлаждать 70 000 тонн жидкого аргона внутри детекторов эксперимента DUNE. Большой размер и низкие температуры криостатов, необходимых для детекторов DUNE, потребовали инноваций в сотрудничестве с отраслью судоходства сжиженного природного газа. ЦЕРН уже взял на себя обязательство построить первый из четырех криостатов DUNE. После одобрения Совета CERN Организация также согласилась предоставить второй.

Внутренняя часть криостата ProtoDUNE в ЦЕРН приобретает золотистый оттенок.Криостаты для DUNE будут в 20 раз больше по объему. Фотография: CERN

В коллаборации используется опыт ЦЕРНа с технологией, которую нейтринные физики мечтали развернуть в таком масштабе на протяжении десятилетий. Нейтрино, как известно, трудно обнаружить. Они текут сквозь материю с минимальной вероятностью взаимодействия. И когда они действительно взаимодействуют, это часто происходит с одним из наименее изученных объектов в физике, атомным ядром, и из клубящегося беспорядка адронной материи выходит поток частиц и возбуждений.Чтобы получить достаточно этих призрачных частиц для взаимодействия с ядрами в первую очередь, вам понадобится плотный материал мишени, однако это ужасная отправная точка для создания детектора, достаточно чувствительного, чтобы воссоздать эти брызги частиц в деталях.

Бывший генеральный директор ЦЕРН и лауреат Нобелевской премии Карло Руббиа в 1977 году предложил решение: нейтрино могли взаимодействовать в резервуарах с жидким аргоном, а электрические поля могли усиливать крошечные сигналы, вызванные нежной ионизацией соседних атомов аргона заряженными частицами, созданными при столкновении, что позволяло «событие» должно быть реконструировано как трехмерная фотография с прекрасным разрешением, которое было бы беспрецедентным для нейтринного эксперимента. Такая «временная проекционная камера с жидким аргоном» была впервые реализована в большом масштабе в эксперименте ICARUS на Гран-Сассо, который был построен INFN в Италии, отремонтирован в ЦЕРНе и отправлен на нейтринную установку Фермилаб с короткой базой в 2017 году. Каждый модуль детектора DUNE будет в 20 раз больше. Работа над этими новаторскими конструкциями ведется в ЦЕРН уже несколько лет, при подготовке и испытании двух детекторов «ProtoDUNE», которые успешно продемонстрировали принципы работы этой технологии.

Подробнее читайте в журнале CERN Courier .

Июль: физический прорыв в ЦЕРНе | Новости и статьи

Ученые из ЦЕРНа сообщили о своих первых значительных доказательствах процесса, предсказываемого теорией, открыв дорогу поискам свидетельств новой физики в процессах частиц, которые могли бы объяснить темную материю и другие загадки Вселенной.

Коллаборация CERN NA62, частично финансируемая Советом по науке и технологиям Великобритании (STFC) и включающая ученых из Бристольского университета, представила на конференции ICHEP 2020 в Праге первое значимое экспериментальное доказательство ультра-редких распад заряженного каона на заряженный пион и два нейтрино.

Процесс распада важен в передовых физических исследованиях, потому что он очень чувствителен к отклонениям от теоретических предсказаний. Это означает, что это одна из самых интересных вещей для наблюдений для физиков, которые ищут доказательства в поддержку альтернативной теоретической модели в физике элементарных частиц.

Британские участники этого исследования из университетов Бирмингема, Бристоля, Глазго и Ланкастера, финансируемые STFC, которая является частью UK Research and Innovation, а также Королевским обществом и Европейским исследовательским советом (ERC). .

Ученые из Бристоля отвечали за разработку системы управления для части эксперимента KTAG, которая отбирает частицы каона из входящего луча высокой интенсивности, чтобы можно было наблюдать за распадом.

Доктор Хелен Хит из Физической школы Бристольского университета работала со докторантом Стояном Триловым над исследованием.

Она сказала: «Это захватывающее время для эксперимента NA62, так как мы сделали самые точные измерения этого ультра-редкого процесса. «

Профессор Марк Томсон, физик элементарных частиц и исполнительный председатель STFC, сказал, что это был захватывающий прогресс, потому что результат показывает, насколько точные измерения этого процесса могут привести к новой физике, выходящей за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, разработанной в 1970-х годах.

Он сказал: «Стандартная модель описывает фундаментальные силы и строительные блоки Вселенной. Это очень успешная теория, но есть несколько загадок Вселенной, которые Стандартная модель не объясняет, такие как природа темной материи и истоки дисбаланса материя-антивещество во Вселенной.

«Физики искали теоретические расширения Стандартной модели. Измерения ультра-редких процессов открывают захватывающий путь для изучения этих возможностей в надежде открыть новую физику, выходящую за рамки Стандартной модели».

Эксперимент NA62 был спроектирован и построен при значительном вкладе Великобритании специально для измерения этих ультра-редких распадов каонов из каонов, произведенных уникальным высокоинтенсивным протонным пучком, обеспечиваемым ускорительным комплексом ЦЕРН.

Каоны создаются путем столкновения протонов высокой энергии от суперпротонного синхротрона (SPS) ЦЕРНа с неподвижной бериллиевой мишенью. Это создает пучок вторичных частиц, который содержит и распространяется почти один миллиард частиц в секунду, около 6 процентов из которых являются каонами. Основная цель NA62 – точно измерить, как заряженная частица каона распадается на пион и пару нейтрино-антинейтрино. Великобритания играет ведущую роль в анализе распада K ⁺ ®p ⁺ nn.

Новый результат, измеренный с точностью до 30%, дает самые точные на сегодняшний день измерения этого процесса. Результат соответствует ожиданиям Стандартной модели, но все же оставляет место для существования новых частиц.

Чтобы прийти к окончательному выводу о наличии или отсутствии новой физики, необходимы дополнительные данные.

Данные, использованные в исследовании, были получены в период с 2016 по 2018 год на сайте CERN в Превессене, Франция, и в исследовании приняли участие более 200 ученых из 31 учреждения. Новый период сбора данных начнется в 2021 году и позволит коллаборации NA62 дать более определенный ответ на вопрос о новой физике.

Полностью набитый: убитая током ласка Церна будет выставлена ​​на обозрение | Поведение животных

Опаленный мех и обугленные лапы свидетельствуют о последнем противостоянии ласки: встрече с самой мощной машиной в мире, которая никогда не закончится хорошо.

Каменная куница, которая теперь экспонируется в Роттердамском музее естественной истории, встретила свою судьбу, когда она перепрыгнула через забор подстанции на Большом адронном коллайдере (LHC) недалеко от Женевы и была мгновенно поражена электрическим током от трансформатора на 18 000 вольт.

Инцидент в ноябре прошлого года отключил питание огромного ускорителя элементарных частиц, который воссоздает в микромире изначальный огонь, царивший при рождении Вселенной. Частично приготовленный труп был должным образом защищен для включения в экспозицию музея «Сказки мертвых животных».

«Это прекрасный пример того, чему посвящена выставка», – сказал Киз Моеликер, директор музея. «Это показывает, что жизнь животных и человека все больше и больше сталкивается с драматическими результатами для обоих.”

Каменная куница из Церна, гарантированная для включения в выставку« Сказки мертвых животных »в Роттердамском музее естественной истории. Фотография: Kees Moeliker

Каменная куница – последнее мертвое животное, выставленное в музее. Он присоединяется к воробью, которого застрелили после того, как он сорвал попытку установления мирового рекорда, сбив более 23 000 домино; ежа, который смертельно застрял в горшке McDonalds McFlurry, и сома, который стал жертвой группы мужчин в Нидерландах, у которых сложилась традиция пить огромное количество пива и глотать рыбу из своего аквариума.Сом оказался бронированным и при проглатывании поднял шипы. Защита не спасла рыбу, но 28-летнего мужчину, пытавшегося ее проглотить, на неделю поместила в реанимацию.

Это был еще один досадный инцидент, который в первую очередь побудил Меликера основать выставку. В 1995 году самец утки влетел в стеклянный фасад музея и погиб от удара, и эта судьба не помешала другому утку-самцу изнасиловать труп в течение 75 минут. Этот инцидент встревожил сообщество, но принес Моеликеру столь желанную премию IgNobel, когда он опубликовал свои наблюдения.«Я был единственным свидетелем», – сказал Меликер. «Я – биолог по образованию, но то, что я увидел, было для меня совершенно новым».

Каменные куницы уже ставили БАК на колени. В апреле прошлого года одно из животных подключилось к трансформатору на 66000 вольт и отключило коллайдер на неделю. Роттердамский музей попытался получить останки зверя, известного как «ласка Церна», но высокоэффективный персонал Европейской лаборатории физики элементарных частиц уже избавился от трупа.Когда в ноябре вторая каменная куница постигла похожая участь, Моеликер был готов обеспечить животное для выставки.

Каменные куницы – или «фуины» – имеют привычку грызть электрические кабели и, как известно, вызывают перебои в подаче электроэнергии в этом регионе. «Мы хотим показать, что независимо от того, что мы делаем с окружающей средой, с миром природы, влияние природы всегда будет», – сказал Моеликер. «Мы стараемся использовать увеличительное стекло на некоторых прекрасных примерах. Это бедное существо буквально столкнулось с самой большой машиной в мире, где физики сталкиваются частицы каждый день.То, что там произошло, на мой взгляд, поэтично ».

Промышленность | DEN NORSKE CERN SIDEN

ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОНТРАКТЫ

Исследовательский фонд CERN в Женеве, Швейцария, ежегодно закупает товары и услуги на сумму чуть более 4 миллиардов норвежских крон в год, в основном у своих 23 стран-членов. Норвегия является членом CERN, и норвежские компании поставляют как товары, так и услуги. Некоторые из закупок CERN – это узкоспециализированные продукты, предназначенные для ускорителей и детекторов (например.г. сверхпроводящие кабели, вакуумные насосы, системы охлаждения на основе жидкого гелия и т. д.), другие закупки требуют присутствия в Женеве (например, строительство, техническое обслуживание, контракты на обслуживание и т. д.), но многие контракты являются обычными поставками (например, компьютеры, системы управления, пожарные системы сигнализации, производство электроники, офисная мебель, краны, механические детали из стали и пластика, инженерные услуги, кабели, переключатели, электроэнергия, пластиковые залы, резервуары и т. д.).

Служба связи с отраслью
Служба связи с отраслью была создана для помощи норвежским компаниям, которые заинтересованы в доставке товаров и услуг в ЦЕРН.Сотрудник по связям с промышленностью (МОТ) помогает ЦЕРН определить возможных норвежских поставщиков и направляет норвежскую компанию в процессе квалификации и проведения тендеров. Кроме того, МОТ может помочь компании связаться с соответствующими контактными лицами в ЦЕРНе для продвижения их продукции или организации посещений.

Сервис финансируется Исследовательским советом и является бесплатным.

ЦЕРН – клиент для вас?
ЦЕРН является интересным клиентом по нескольким причинам:

• ЦЕРН – компетентный и признанный заказчик со строгими требованиями к поставщикам и, следовательно, хороший рекомендательный заказчик.
• ЦЕРН рано начинает внедрять новую технологию и может быть хорошей отправной точкой при внедрении новых технологий.
• Правила закупок отдают предпочтение поставщикам из несбалансированных стран-членов, включая Норвегию.
• Транспортные расходы обычно не учитываются при сравнении конкурирующих предложений.

Норвежские поставщики могут зарегистрироваться в базе данных закупок CERN. Зарегистрироваться можно здесь. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас есть какие-либо вопросы относительно промышленных контрактов или технологий от CERN.

Оле Петтер Нордаль
Контактное лицо в Норвегии
Электронная почта: [email protected]
Мобильный (Норвегия): +47 95 223 373

.