Jeden malý střípek z CERNu

3.4.2007 09:31 | Přečteno: 2140× | Bláboly | poslední úprava: 16.5.2007 10:27

Zadařilo se mi vyskytnout u příležitosti být v CERNu. Zná to každý, kdo je nějak dostupný s tam pracujícím, CERN je dosti otevřený pro veřejnost. Dojmy mám z návštěvy dost příjemné.

Ohledně cesty: pro Čecha mi přijde nejpříjemnějším způsobem dopravy použití letadla. Uteče to celkem rychle a je na co koukat, pokud zrovna nad Švýcarskem neprší. Z letiště se pak dá jet desítkou a u nádraží přestoupit na devítku. Pro mne osobně byla existence dvoukloubových trolejbusů příjemným překvapením. Momentálně se v Ženevě buduje trasa pro tramvaj a provoz je tímto poněkud poznamenán, omezen.

Jak se dá čekat, stránky CERNu se najdou snadno, projekt CMS je také na očekávané adrese, jen Atlas se vyděluje.

Pro případné zvědavce doporučuju shlédnout originál video k Atlasu i CERNu, bývá dost dobře komentované.

Prý teprve s pádem železné opony začli zamykat kanceláře a i teď bylo vidět volně v areálu poskládané věci, které by u nás v Čechách dlouho nevydržely na jednom místě.

Perlička na závěr: CERN má spotřebovávat 25% francouzské elektřiny. I proto jede jen v letní sezóně, od dubna do listopadu, mimo toto období se provádí údržba a odstávka.

---

Hostiteli jsem slíbil napsat článek o Atlasu, vyšel už v jistém časopisu a 15 dní po tom doplňuji původní znění a pak poznámek i sem.

CERN - továrna na absolutno

Od nepaměti, co člověk je člověkem, projevuje se jako zvídavý tvor, hledá nějakou výhodu, která by mu pomohla proti všemu a všem, zlepšila jeho úděl, co by mu pomohla se realizovat, či najít smysl a logiku existence. A když už na něco nestačí sám, vytváří si kolektiv, ve kterém daný problém snáze vyřeší. Ve šťastnějších chvílích lidských dějin se sdružuje dobrovolně, jindy, pod tlakem okolností, méně ochotně, o to horečnatější bývá jeho úsilí. Ve Spojených státech se tak sdružily v Projektu Manhatan za druhé světové války největší mozky při úsilí o vytvoření atomové pumy, v Lausanne se po válce sešli fyzikové světových jmen a iniciovali založení Evropského výzkumného střediska, chtějíce obnovit prestiž i sílu evropské vědy, čímž dali základ vzniku CERNu. Postupem času se CERN profiloval jako laboratoř zkoumající mikrosvět. Jeho největšími konkurenty zůstala Fermiho laboratoř s Tevatronem v Illinois a BNL s RHIC v New Yorku, další projekty byly zastaveny a případně se připojily k těmto třem. Všechny laboratoře se snaží přispět k ucelenému obrazu světa, doplnit poslední kamínky v mozaice jeho poznání či, nedejbože, tuto mozaiku rozbít. V CERNu k tomu bude přispívat LHC, jako v době svého dokončení nejvýkonnější urychlovač a Atlas jako detektor nových částic a jevů.

Případný zvědavý návštěvník z Čech může letět letadlem, dopravit se po silnici či železnici. Já osobně doporučuji aktivním lidem letadlo, cesta uteče příjemně rychle a je na co koukat, pokud zrovna nad Švýcarskem neprší. Z letiště v Ženevě je nejrychlejší spojení desítkou k nádraží a pak přestoupit na devítku. Pokud skutečně bude pršet, v Manoru, několikapodlažním obchodním domě, si lze vybrat z velké nabídky čokolád. Už mi teď Studentská pečeť tak nechutná K procházce po nábřeží je to od Manoru tak 10 minut pěšky, pohled na majestátné Alpy mohu jen doporučit. Budete-li mít více času, k místu odjezdu vyhlídkových lodí plavících se po Ženevském jezeře či spojujících Ženevu s Lausanne i menšími městy to máte po nábřeží kousek, po jezeře funguje pravidelná lodní doprava.

Máte-li štěstí a znáte někoho, kdo už v CERNu pracuje, je možné, že vás vezme i do těch míst, kam se běžně exkurze nedělají. My takové štěstí měli, snad i díky tomu, že sobota není ve Švýcarsku pracovním dnem, byli jsme pozváni do CMS, do jednoho ze 4 detektorů vyhodnocujících srážky urychlených částic z LHC. Obdivovat co rozhodně bylo, obecně jsou detektory složeny z disků na povrchu a pak spouštěny pod zem, my jsme ještě stihli nafotit dva disky se supermagnety, jeden hadronový kalorimetr a krycí disk. Na exkurzi do Atlasu jsme už měli oficiálního průvodce, v rámci prohlídky bylo i video o 50 letech CERNu. Rozměry Atlasu jsou ještě větší, než rozměry CMS, ono se to už ale u takových proporcí skoro ztratí, jestli je průměr 15 nebo 25 metrů. Prostě je to velkolepé, něco takového vymyslet, vyrobit a zkompletovat a pak nakonec rozchodit.

Malý pohled zpět

Dějiny Atlasu se začaly psát v roce 1992, kdy spojily své úsilí dvě skupiny fyziků, Eagle a Ascot. Návrh detektoru vycházel z těchto předchozích návrhů, stejně jako ze zkušeností s vývojem a prací se SS, Superconducting Supercollider. Projekt Atlas ve své současné podobě byl navržen v roce 1994 a oficiálně založen členskými státy CERNu v roce 1995. V roce 2003 bylo počato se závěrečným kompletováním detektoru. V průběhu let se přidávaly univerzity a laboratoře až na současný počet 2000 vědců a inženýrů ze 165 institucí ze 35 zemí světa.

Zachytí vše

Atlas je konstruován jako detektor širokého použití. V jeho centru se mají srážet paprsky protonů z LHC a přitom má vznikat mnoho rozličných částic se širokým rozsahem energií. V projektu LHC dále figurují detektory Alice, CMS a LHCb.Atlas není zaměřen na procesy částicové fyziky, jeho hlavním cílem je vyhodnocovat nejširší možné rozpětí signálů. To je zamýšleno jako zajištění detekce jakýchkoliv dosud nepoznaných, nových, forem fyzikálních procesů a částic, tak aby Atlas je detekoval a změřil jejich vlastnosti. Experimenty na předcházejících colliderech, na LEPu a Tevatronu, také praktikovaly takovýto přístup. Nicméně nebývalá energie a četnost srážek v LHC vyžadují, aby byl Atlas větší a komplexnější než jakýkoli jiný detektor, jenž byl doposud postaven. V Atlasu budou ústit a srážet se dva svazky, paprsky, protonů, každý o energii 7 TeV (7E+12 eV), tedy s dostatkem energie schopným produkovat částice 10x hmotnější, než jsou doposud známé. Všechny částice předpovězené Standardním modelem částicové fyziky již byly pozorovány. Stále ještě ale není jasné, proč je hmotnost vypočtených, předpovězených částic tak rozlišná. Je nutno zjistit částice hmotnost, energie, hybnost, náboje a spin. Pro rozpoznání všech částic vzniklých při srážce se konstruuje detektor ve tvaru slupek, ve formě cibule.

Jedno z největších očekávání od Atlasu je objevení Higgsových bosonů. Dalším je prošetření narušení rovnováhy hmoty a antihmoty. S energií částic z LHC bude možné sledovat výskyt top quarků ve fantastickém počtu, což má umožnit přesněji měřit jejich hmotnost a sledovat interakce s ostatními částicemi. Zatím byly detekovány pouze ve Fermiho laboratoři v Illinois. Tato vyšší přesnost měření podá nepřímé informace o částicovém Standardním modelu, možná i odhalené mezery v současném poznání povedou k nové oboru fyziky. Snad nejnapínavější očekávání se týká hledání nových obzorů fyziky, hledání porušené supersymetrie a strunové teorie. Pokud je náš svět tvořen více dimenzemi, tak existuje nepatrná možnost vzniku mikroskopických černých děr, jež by se měly okamžitě vlivem Hawkingova záření vypařit.

Specializace aneb rozdělit problém na menší znamená usnadnit si řešení

Celý detektor se skládá ze 4 částí, z vnitřního detektoru, kalorimetru, muonového spektrometru a magnetické části, každé jmenované skládající se z několika vrstev. Funkce detektorů se navzájem doplňuje. Vnitřní detektor precizně sleduje částice, kalorimetr měří energii zastavených částic a muonový systém dělá dodatečná měření vysoce pronikajících muonů. Dva systémy magnetů ohýbají nabité částice do vnitřního detektoru a do muonového spektrometru, umožňujíce měřit jejich hybnosti. Pouze neutrina nejsou detekována přímo, jejich existence je odvozena z chybějící hybnosti detekovaných částic. Vnitřní detektor začíná několik centimetrů od osy protonového paprsku a tvoří jej válec o poloměru 1.2 metru a délce 7 metru. Magnetické pole obklopující jej způsobuje zakřivení částic a z odchylky letu částic lze zjistit jejich hybnost. Logicky se vnitřní detektor skládá ze 3 částí - pixelového detektoru, polovodičového trackeru a tranzitního radiačního trackeru. Pixelový detektor se skládá z 1744 modulů, z nichž každý obsahuje cca 47000 pixelů, což obnáší přes 80 miliónů detekčních kanálků. Polovodičový tracker (SCT) je složen z tenkých malých plátků tak, aby pokryl co největší plochu, čili je jich tam 6.2 milionu a pokrývají plochu 61 m2. Tranzitní radiační tracker se skládá z 351000 tenkých kanálků vyplněných ionizovaným plynem a z materiálů se značně odlišným lomem světla, díky čemuž nabité částice zanechávají za sebou mnohem čitelnější stopu.

Kalorimetry jsou v projektu Atlas použity dva typy, elektromagnetický pro detekci nabitých částic a fotonů, složený z olova a nerezové oceli, s absorpčním materiálem kapalným argonem, to celé je obklopeno chlazením. Hadronový kalorimetr pohlcuje energii částic procházejících EM kalorimetrem, ale interaguje s nimi prostřednictvím silných sil. Je méně přesný, jak co do energie i směru. Tvořen je ocelí se scintilačním obložením a jeho konstrukce je ovlivněna kompromisem mezi náklady a možnostmi. Muonový spektrometr se na jedné straně dotýká hadronového kalorimetru a na druhé straně ve vzdálenosti 11m od osy tvoří vnější obrysy Atlasu. Jeho ohromné rozměry jsou nutné pro přesné změření hybnosti pronikajících muonů a takový měřící výkon je zásadní vzhledem k nutnosti identifikovat každý jednotlivý muon, nelze ani jeden opomenout pro zachování přesnosti měření celkové energie částic. Očekává se velice malý podíl procházejících částic jiných než muonů. Spektrometr obsahuje přibližně jeden milión zaznamenávajících komůrek o celkové rozloze 12000 m2.

Manipulovat se sledovanými částicemi pomáhají dva velké systémy magnetů. Jelikož jsou všechny urychlené částice na rychlost blízkou rychlosti světla, je působící síla na částice s různou hybností stejná. Proto se částice s velkou hybností stáčejí v magnetickém poli málo. Vnitřní solenoid produkuje magnetické pole o intenzitě 2T. Částice s energií pod 400 MeV se v takovém poli stočí tak, až jsou neměřitelné, jejich energie je neporovnatelná vzhledem k několika TeV energie uvolněné při každé srážce protonů. Vnější toroidní magnetické pole je tvořeno prostřednictvím 8 supravodivých bezjaderných cívek a dvou uzavírajících zátek a akumuluje 1.2 GJ energie.

A na množství dat nehleďte ...

Zpracování dat získaných v Atlasu se řeší na třech úrovních. První je implementována přímo do elektroniky detektoru a druhé dvě obstarávají počítačové clustery. Ze 40 miliónů za vteřinu nejzajímavějších paprsků prolétavajících středem detektoru je na první úrovni vybráno cca 100.000 jevů za vteřinu k následující analýze. Na třetí úrovni zůstává několik set detekovaných jevů na uložení k pozdější analýze. Toto množství dat vyžaduje každou vteřinu přes 100 MB diskového prostoru, za rok to vychází minimálně na 1 petabyte dat. Následné zpracování naměřených dat a jejich vyhodnocování se bude provádět ze všech uložených dat prostřednictvím gridu, distribuovaného výpočetního systému. Možnost zpracovávat data budou mít počítačové sítě univerzit a laboratoří celého světa.

Stálo to za to

Kdo chce mít aspoň trochu pocit, že u toho byl a říkat o tom jednou dětem, měl by si pospíšit, většina aparatur je již pod zemí. Je na co koukat a čím se nechat překvapit. Mne osobně potěšilo páčidlo na paletě u CMS a vzpomněl jsem si na hru Half-life. Tam je páčidlo první věc, co se vám dostane do ruky Uvědomil jsem si znovu, jaké může být krásné dobrodružství poznávání i jak se nám zdá skrze naše vlastní oči současnost obyčejná. Každý má nějaké sny, které ho vedou dál, já jsem se sice špičkovým vědcem nestal, ale atmosféru poznání jsem zakusil.

---

Co už v článku nebylo

O spotřebu a placení elektřiny se má dělit Francie a Německo v poměru 80:20. Prý i vzhledem k Francouzským jaderným elektrárnám. Ve Švýcarsku se stále platí frankem, v Ženevě je velice vhodné znát aspoň trochu francouzštinu, Francie je velice blízko. Přesto, že není v EU, celní a pasové kontroly na hranicích jsou dost laxní. Ženeva je dost úřednické město, večer ustává běžný provoz a chod většiny obchodů v 18h. Francouzské obchody se svými delšími provozními dobami je blízko, tak se jezdí na trhy či nákupy tam. My byli v sobotu na trhu ve Ferney, které si na sklunku života koupil Francois Maria Arouet Voltaire a teď se ono městečko jmenuje Ferney-Voltaire. Místní na něj vzpomínají moc rádi, nechal postavit kostel, porcelánku a založit hodinářskou tradici.

I v CERNu se projevuje ekonomická stránka věci, výzkumu, nejdražší část detektoru je vnitřní detektor, jelikož je nejpřesnější. Kdyby byla ta samá technologie použita na celý Altas nebo CMS, stál by celý projekt několikrát více.

       

Obrázky

Komentáře

[Sinuhet]

Zadařilo se mi vyskytnout u příležitosti být v CERNu. Zná to každý, kdo je nějak dostupný s tam pracujícím, CERN je dosti otevřený pro veřejnost.

At zije cestin.

[Christof]

Češtin právě umřel

Ale fotky hezké

[vencour]

Chtěl jsem zachovat trpný rod, že jsem se k tomu dostal dost se štěstím.

[Zdeněk Burda]

Docela jsem přemýšlel, jestli to náhodou nepsal nějaký cizinec.

[Robert Krátký]

Super fotky.

[vlasta neubauer]

nahoře na obrázcích je detektor CMS (jeden ze čtyř hlavních) na skoro spodním pak okrouhlá chodba s hlavní smyčkou LHC urychlovače.

více třeba na aldebaran.cz

http://aldebaran.cz/ -> animace -> stavba detektoru CMS (stránka obsahuje framy) nebo rovnou http://aldebaran.cz/animace/Phy_CMS.avi [17MB]

http://aldebaran.cz/bulletin/2006_25_atl.php

[vencour]

Ten detektor CMS je poznat podle toho, že je pod plechovou střechou a ještě nad povrchem, ne pod zemí (jinak pod zem ho už je velká část přesunuta jako smontovaná), ona okrouhlá chodba je jen imitace, dva články LHC jsou reálné a zbytek je obraz na zdi - věrná fotka z muzea historie, ze kterého je i to porovnání potřebného vedení pro 12500A.

[kouzer]

Pokud se nepletu, tak dodavatelé pro tento projekt by měli být z celé Evropy. Je tam někdo i od nás z ČR?

[vencour]

Nejen z celé Evropy, byly tam vidět díly z Pákistánu i z Japonska.

[kotyz]

pokud je mi znamo, tak sme se podileli na stavbe detektoru atlas ...

[Honza]

Z Cech se na ATLASu podili minimalne Fyzikalni ustav Akademie ved (software, pixelovy detektor -- hardware z Tesly Roznov (ON Semi), teorie), CVUT (napr. neutronovy stineni ze Skody Plzen) a MFF UK (hadronovy kalorimetr).

[Christof]

ještě k perličce... určitě se na zimu vypíná celý CERN?

[vencour]

Minimálně se nemají dělat pokusy, čili principiálně je provoz vypnut či ztlumen.

[Luk]

Není myšlen jen provoz CMS?

[vencour]

No, v dokumentaci jsem to ještě nenašel, říkali nám to po návštěvě Atlasu, když jsme vylezli na povrch, čekali jsme na autobus, který nás odveze zpět na recepci a drbalo se o všem možném.

[dejfson]

vypinaji se vsechny akceleratory od priblizne listopadu. od brezna se zacinaji znovu zapinat. postupne od linearnich pres PSB/PS az do tech nejvetsich (SPS) a byvaly LEP, ktere nabihaji vetsinou koncem dubna. Samozrejme pocitace a vratnice funguje :)

[Bluebear]

Takže konec světa můžeme očekávat, řekněme, někdy v březnu nebo v květnu... To na to možná budeme mít i teplo.

[vencour]

Odpověď z dnešní doby ... Geneva, 18 December 2009: The LHC has now been put into standby mode, and will restart in February 2010 following a short technical stop to prepare for higher energy collisions and the start of the main research programme.

[knizmi]

Nepřipomíná to někomu Hzvězdnou bránu? =)

[dvh]

Hvieznu branu nie ale videl si intro k prvemu HalfLifu? Tam niekam to cele speje... ;)

[Martin Stiborský]

akorát nemáme šutr od maníka v černém :(

[Käyttäjä 11133]

Já chci taky na výlet do CERNu..

[Zdeněk Štěpánek]

A ja myslel ze ty atomy co to ma zkoumat jsou ponekud mrnave. Uff...

[Michal Vyskočil]

Je to paradox, čím mrňavější věci fyzikové zkoumají, tím větší přístroje k tomu potřebují

[trekker.dk]

Si to představ, kdyby zkoumali mrňavé věci mrňavými přístroji... to by vypadalo, že si hrajou se stolem a nic nedělají

[Kyosuke]

Jak by jistě trefně řekla paní van Leeuwenhoeková, "Antone, přestaň se drbat tou věcí na nose a koukej začít něco dělat!"

[vencour]

Pro zvědavce: o LHC se drbalo v pořadu PORT České televize z 5.9. 2007.