Лекция на областной олимпиаде по физике - январь 2012

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 1

Большой адронный коллайдер,

физика без школьных учебников

и многое другое

Орлов Илья ОлеговичИЯФ СО РАН + НГУ + СУНЦ, Новосибирск

ЦЕРН, Женева, Швейцария

Вещество

Атомы

Молекула

Атом

ЭлектроныЯдро

ЯдроНейтрон

Протон

ПротонКварки

d

uu

du

d

du

d

d

uu

d

uu

du

d

d

uu

d

uu

1895 г. Фотон

• Лучи в вакуумной трубке

• Нобелевская премияпо физике - 1901 г. В. К.

Рёнтген

Электрон, протон, нейтрон

• Электрон – 1897• Протон – 1918• Нейтрон – 1932

• Ядерные силы• «Мезон» Юкавы

Дж. Томсон Э. Резерфорд

Дж. Чедвик

Позитрон

• 1928 г. - теория• 1932 г. - обнаружение • Не вписывается в модель атома

Эра антивещества

П. А. М. Дирак

К. Д. Андерсон

Мюон

• 1937 г., космические лучи• M = 105 МэВ (~200 электронов)• T = 2∙10-6 сек (долго!)

К. Д. Андерсон

Пион

• «Мезон» Юкавы• Переносчик ядерных сил

• Космические лучи, 1947

• M = 140 МэВ (~280 электронов)• T = 2∙10-8 сек

Цезарь М. Дж. Латтес

Каон

• 1950-1953 г.• M ~ 500 МэВ

(1000 электронов, ½ протона)

• T ~ 10-10 сек

• Странная частица!

Нейтрино

• Предложена в 1931 (Паули)• Сохранение энергии в

бета-распаде

• Эксперимент: 1956 г.

1963 год

p+ p-

n0 n0

e- e+

π±

Переносчик ядерных сил

γ

Переносчик ЭМ сил

K± μ±νe

νμ

Кварковая модель

du

u

d ud

d ud

du

u

du

u

d ud

du

u

du

u

М. Гелл-Манн

p+ n0π±

Коллайдеры

• 1963 г.• ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск• Стэнфордский университет

Г. И. Будкер

В. К. Г. Панофски

ВЭП – 1

1963-2010

• 1974 – J/ψ – c-кварк

• 1975 – τ-лептон• 1977 – Υ – b-кварк• 1979 – Глюон• 1983 – W и Z-бозоны• 1989 – Три поколения частиц• 1995 – t-кварк

Современные задачи• Поиск Хиггс-бозона• Поиски новой физики за Стандартной

Моделью• Проверка нарушений CPT-симметрии• Проверка суперсимметричных теорий• Проблема тёмной материи• Масса нейтрино• Искусственные чёрные дыры• Обнаружение гравитационных волн• «Великое объединение»

взаимодействий

The Stanford two-mile electron linear accelerator (SLAC)

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 27

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 28

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 29

Наблюдатели:ЮНЕСКО, Евросоюз,Япония, Турция, Израиль,США, Россия

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 30

• 2427 штатных сотрудников

• 294 студента• 9992 “пользователя”• Бюджет (2011 г.) –

1250 MCHF (1032 M€)

ЦЕРН в цифрах

34

9241

Сотрудники ЦЕРН в странах мира

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Возрастное распределение

• Проект LHC: ускорители и эксперименты• LHC: вычислительные мощности• Long base neutrino beam• Антипротонный охладитель• Высокоэнергетичные мюонные и адронные

пучки

Деятельность ЦЕРНа

ЦЕРН – лаборатория физики частиц

Фундаментальные частицыи взаимодействия

P, низкая энергия

P, высокая энергия

P-P, очень высокая энергия

Антипротоны

n_TOF Ядерная физика

Цепь ускорителей ЦЕРНа

36

p-p collider

7 TeV + 7 TeV

Светимость = 1034 см-2 с-1

(10 млн столкновений/сек)

Основные задачи•Бозон(ы) Хиггса•Суперсимметрия•Кварк-глюонная плазма•CP-нарушение

LHC

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 37

Дипольные магниты LHC (1232)

Сверхпроводящие магниты

CMS

Диаметр25 мДлина цилиндрического объёма 26 мДлина всего детектора с торцами46 мОбщая масса 7000 тонн

The Main Building «fits in » the ATLAS Cavern

Коллаборация

На эксперимент:

• 40 миллионов столкновений в секунду

• После фильтрации - 100 событий в секунду представляют интерес

• 1 Мб оцифрованных данных на каждое событие = 100 Мб/сек

• 1 миллиард записанных событий = 1 Пб/год

1 мегабайт (1 Мб)Цифровая фотография

1 гигабайт (1 Гб) = 1000 Мб

DVD-фильм

1 терабайт (1 Тб)= 1000 Гб

Годовое производствокниг в мире

1 петабайт (1 Пб)= 1000 Тб

10% годового потока данных LHC

1 эксабайт (1 Эб)= 1000 Пб

Годовой производимый объем информации

Общий поток данных с 4 экспериментов -

до 15 петабайт в год

Объём данных LHC

1 Пб = 1 петабайт = 1000 терабайт

данныеза год

вес DVD

Сырые данные до обработки

3,2 Пб 14 000 кг

Реконструкция, фильтрация

1,0 Пб 4 400 кг

Физические данные

0,2 Пб 784 кг

Публикации 10 Мб

Для обработки требуется невероятное количество

компьютеров

Итого необходимо около

10 000 современных PC

Калибровка

Реконструкция

Моделирование

Анализ

Мировое производство за ~6 ч.

И. О. Орлов, СПФКС-9 46

World Wide Collaboration ⇒ distributed computing & storage capacity

Европа: 267 институтов, 4603 пользователейНе Европа: 208 институтов, 1632 пользователей

Tier 1

Tier2 Center

Online System

CERN Center PBs of Disk;

Tape Robot

FNAL CenterIN2P3 Center INFN Center RAL Center

InstituteInstituteInstituteInstitute

Workstations

~100-1500 MBytes/sec

2.5-10 Gbps

Десятки петабайт в 2007-8.

Эксабайт к 2013-14 году.

~PByte/sec

Tier2 CenterTier2 CenterTier2 Center

Tier 0 +1

Tier 3

Tier 4

Tier2 Center Tier 2

Experiment

0.1 to 10 GbpsPhysics data cache

Иерархия GRID

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 48

http://en.wikipedia.org/wiki/CERNhttp://elementy.ru/LHC

http://aliceinfo.cern.chhttp://cmsinfo.cern.chhttp://atlas.ch/http://cern.ch

“Knowing more about the Higgs and Supersymmetry will let us pose the next questions more sensibly”

Зачем это всё нужно?

WWW и CERNTim Berners-Lee

World Wide Web - доступ к информации во всех уголках земного шара

Grid - доступ со всех уголков земного шара к единому хранилищу данных

Интересная работаВозможность неограниченного профессионального ростаИнтересный круг

общенияПоездки по всему мируСвободный график

работыЗа это еще и платят!

+

нужны способности существенно выше средних

нужно долго учиться

–

Что вообще вам грозит?

Летняя школа

СУНЦ НГУ

НГУ

…

раздолбаи …

МГУ, МФТИ, …

СО РАНБизнесТехнологии Заграница

раздолбаи …

Есть вопросы?

• I.O.Orlov@inp.nsk.su• http://VKontakte.ru/orlovio• http://Facebook.com/OrlovIO• http://Twitter.com/OrlovIO

Как получить презентации лекций?• http://slideshare.net/OrlovIO• или написать и спросить :)