Физика элементарных частиц и Большой адронный...

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 1

The LHC: Citius, Altius, Fortius…

James Gillies, Head, communication group, CERN

27 November 2006

Большой адронный коллайдер

и физика элементарных частиц

Орлов Илья ОлеговичНовосибирский государственный университет

Институт ядерной физики СО РАНЦЕРН, 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• T = 2∙10-6 сек (долго!)

К. Д. Андерсон

Пион

• «Мезон» Юкавы• Переносчик ядерных сил

• Космические лучи, 1947

• M = 140 МэВ• T = 2∙10-8 сек

Цезарь М. Дж. Латтес

Каон

• 1950-1953 г.• M ~ 500 МэВ• 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

γПереносчик

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

The Stanford two-mile electron linear accelerator (SLAC)

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 21

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 22

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

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 25

• 2500 штатных сотрудников

• 6500 “пользователей”

• Бюджет (2003 г.) –1280 MCHF (817 M евро)

ЦЕРН в цифрах

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 26

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

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

34

9241

Сотрудники ЦЕРН в странах мира

• 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

32

p-p collider

7 TeV + 7 TeV

Luminosity = 1034 cm-2 c-1

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

LHC

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 33

Дипольные магниты LHC (1232)

Сверхпроводящие магниты

Большой адронный коллайдер

CMS

Diameter 25 mBarrel toroid length 26 mEnd-cap end-wall chamber span 46 mOverall weight 7000 Tons

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 38

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

3,2 Пб 14 000 кг

Реконструкция

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 44

World Wide Collaboration ⇒ distributed computing & storage capacity

Europe: 267 institutes, 4603 usersOther: 208 institutes, 1632 users

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 ~5-7 лет спустя.

~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

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

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 47

Современные задачи• Поиск и проверка параметров Хиггс-бозона• Аномальные энергии космических лучей• 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

Бозон Хиггса• Частица, «ответственная» за

инерционную массу частиц

Бозон Хиггса• Масса – один из принципиальных

параметров Стандартной Модели• M ~ 125,5 ± 0,5 ГэВ

Космические лучи

Энергетический спектрГалактические

источники

Источникивне Галактики

Неизвестно

AGASA: 17 событий > 6x1019 эВ HiRes : 2 события (~ 20 ожидалось)

Отсечка Грейзена-Зацепина-Кузьмина

(GZK cutoff)

E ~ 5·1020 эВ

Флуроресценция + наземные детекторы2 площадки (Аргентина, США):

1600 детекторов + 4 телескопа, 3000 км2

AUGER EUSOФлуоресценция из космосаОценка - 103 ч/год за GZKСтарт: 2010 (на 3-5 лет)

AUGER и EUSO

09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 54

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”

Есть вопросы?• OrlovIO@gmail.com• nirs@post.nsu.ru• http://VKontakte.ru/orlovio• http://Facebook.com/OrlovIO• http://Twitter.com/OrlovIO

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