Лекция на областной олимпиаде по физике - январь 2012
DESCRIPTION
Популярная лекция про Большой адронный коллайдер и вообще про современную физику, прочитанная для участников областной олимпиады по физике (январь 2012 года) - школьников 8 и 9 классов.13 января 2012 г., СУНЦ НГУTRANSCRIPT
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?
• [email protected]• http://VKontakte.ru/orlovio• http://Facebook.com/OrlovIO• http://Twitter.com/OrlovIO
Как получить презентации лекций?• http://slideshare.net/OrlovIO• или написать и спросить :)