Адронный коллайдер и всё о нём

Свободу!

Сообщение о закрытии свободного доступа к результатам самого грандиозного на Земле эксперимента и правда выглядит несколько странным. В последние годы в научном сообществе наметилась тенденция облегчать потенциальным читателям доступ к информации. Многие авторы до того, как их статьи будут опубликованы в рецензируемых журналах, выкладывают их препринты на специальные сервера (например, arXiv.org) или публикуют в журналах открытого доступа (наподобие PLoS ONE). Кроме того, крупнейший научно-исследовательский центр США - Национальный институт здоровья (NIH) – обязывает исследователей, получивших грант NIH, помещать статьи с результатами в бесплатную базу (но как раз эта инициатива подвергается активной критике).

Сами участники различных экспериментов БАК заявляли, что поддерживают принцип свободного доступа и предпочли бы, чтобы все работы, в которых используются данные, полученные в коллайдере, были бы доступны любому желающему. На сайта проекта SCOAP3 (Sponsoring Consortium for Open Access Publishing in Particle Physics – Комитет поддержки свободного доступа к публикациям в области физики элементарных частиц) ученые, принимающие участие в обработке данных, поступающих с детекторов БАК, вывесили соответствующее обращение к научному сообществу. Чуть позже Эльзевир (Elsevier) - крупнейшее в мире издательство научной, технической и медицинской литературы - заявило, что откроет свободный доступ к статьям, содержащим экспериментальные данные, полученные в БАК, и опубликованным в журналах этого издательства Nuclear Physics B и Physics Letters B. Более того, публикация статей будет бесплатной для их авторов (обычно желающие опубликовать свои работы в рецензируемых журналах должны заплатить определенную сумму, которая зависит от объема статьи, количества иллюстраций и журнала).

Откуда же появилась информация о том, что данные экспериментов БАК засекретят? Источником для русскоязычной прессы сталосообщение, опубликованное РИА Новости. В заметке цитировалось высказывание члена ученого совета CERN, сотрудника новосибирского Института ядерной физики, члена-корреспондента Российской академии наук Александра Бондаря, выступавшего на пресс-конференции в Новосибирске. Новость была озаглавлена "Первичная информация об экспериментах на коллайдере будет закрытой". Новостные издания, использовавшие эту заметку, несколько сгустили краски. Чтобы разобраться, в чем же дело, приведем слова Александра Бондаря:

* "Только участники эксперимента будут иметь доступ к первичной информации. Внутри коллаборации создан целый комитет, который исследует выводы, которые сделает определенная группа. И только после того, как все внутри этого сообщества согласятся, что результаты правильны, будет сделана научная публикация и все эти данные станут общедоступными".

Итак, речь идет не об экспериментальной информации вообще, а только о первичной информации, поступающей с детекторов коллайдера на компьютеры GRID (о системе обработки данных, которая используется для анализа данных БАК, мы уже писали). Как разъясняет портал elementy.ru, многократная перепроверка данных является нормальной практикой для специалистов, работающих в сфере физики элементарных частиц. После того как ученые убедятся в том, что с первичными данными (так называемые raw data) "все ок", они будут опубликованы.

Итак, данные экспериментов БАК никто скрывать не будет, и большая их часть (скорее всего, не все ученые будут публиковать статьи в журналах Elsevier или выкладывать в свободный доступ) окажется сразу доступной всем, кто интересуется поисками "частицы бога" или появлением черных дыр. И тем не менее, ознакомиться с этой информацией вряд ли получится раньше, чем через два месяца. Именно за это время специалисты Большого адронного коллайдера надеются починить его.

Горячо

В пятницу, 19 сентября, около полудня один из магнитов, расположенных в секторе 3-4 (между детекторами Alice и CMS), перешел из сверхпроводящего состояния в обычное (то есть, его температура поднялась выше 1,9 градуса по Кельвину). При этом движение тока в системе мгновенно прекратилось. Возможность такого развития событий была изначально предусмотрена создателями БАК, поэтому поломку можно было бы назвать "штатной". Однако температура магнита и всего сектора 3-4 продолжала расти и через несколько минут достигла 100 градусов по Кельвину (-173 градуса по Цельсию). Вскоре после этого в туннель ускорителя БАК было выброшено около тонны жидкого гелия.

С момента поломки и до середины субботы специалисты пытались устранить последствия и оценивали нанесенный ущерб. Затем представитель CERN рассказал, что ремонт коллайдера займет около двух месяцев. Для того чтобы заменить вышедший из строя элемент охладительной системы (а скорее всего, причина поломки именно там, так как после потери сверхпроводящего состояния магнит не должен был нагреваться дальше), инженерам необходимо будет нагреть сектор 3-4, а после проведения ремонтных работ вновь охладить его до 1,9 градуса по Кельвину. Столкновения пучков протонов, которых так ждут (и боятся), откладываются на неопределенный срок.

Это уже не первая поломка коллайдера с момента его запуска 10 сентября, который прошел "без сучка без задоринки" и даже с превышением плана. В этот день специалисты "заставили" пучок протонов пройти полный круг сначала по часовой стрелке, а потом против. Во время запусков специалисты отлаживали работу системы магнитов, которая удерживает протоны на постоянной орбите. Вечером следующего дня ученые вновь запустили протоны по 27-километровому кольцу, причем на этот раз пучок циркулировал около 10 минут. Еще позже движение протонов по кольцо возобновилось: исследователи запускали и останавливали пучок несколько раз.

Ночью 13 сентября в секторе 8 произошло нарушение работы системы охлаждения (она беспокоила ученых еще во время предстартовых тестов). Из строя вышел один из трансформаторов, что привело к нарушению электроснабжения системы. В результате в двух секторах ускорительного кольца температура поднялась до 4 градусов по Кельвину. Весь следующий день (суббота) и половину воскресенья специалисты меняли трансформатор. Через несколько часов начались сбои в другом месте охладительной системы, и перегрелась уже половина кольца (четыре сектора из восьми). Починить сломанные элементы и охладить ускорительное кольцо до 1,9 градуса Кельвина удалось только к утру 18 сентября (четверг).

В четверг вечером ученые запустили пучок протонов по часовой стрелке. В течение полутора суток элементарные частицы циркулировали по кольцу ускорителя. Что случилось потом, вы уже знаете.

В течение (как минимум) ближайших двух месяцев те, кто опасается, что коллайдер станет причиной уничтожения нашей планеты, могут спать спокойно. Остальные вряд ли сочтут остановку БАК приятным событием. Один из самых масштабных научных проектов, на строительство которого ушло 14 лет и который был с такой помпой запущен, требует еще очень большой работы. Кажется, 10 сентября - это не торжественная дата и можно было не приурочивать старт коллайдера именно к ней.

Ирина Якутенко

На прошлой неделе в CERN сообщили о 2-месячной приостановке работы Большого адронного коллайдера. Причиной незапланированной остановки стала проблема в цепи электроснабжения грандиозной физической конструкции. По словам представителя CERN Джеймса Жилля поломка оказалась более серьезной, чем предполагали ранее.

Жилль говорит, что теперь предстоит долгий процесс разогрева магнитов. Для того, чтобы начать ремонт температуру магнитов предстоит поднять как минимум на 100 градусов. "Прежде чем мы приступим к починке будет необходимо разогреть целый сектор 27-километрового тоннеля", - сказал он.

По предварительным данным, причиной аварии стали поврежденные электрические контакты, соединявшие два магнита. Для того, чтобы полностью выяснить причины случившегося, необходимо довести сектор до комнатной температуры, вскрыть и обследовать магниты. Это займет от трех до четырех недель. Результаты расследования будут обнародованы сразу после его завершения.

Расследование и ремонт займет достаточно много времени, что не позволит запустить коллайдер "до остановки на зиму". Ускоритель вновь будет запущен к ранней весне 2009 года, отмечается в сообщении CERN.

В задачи распределенной сети войдет хранение терабайт данных и их обработка, чтобы потоки информации о физических опытах стали удобочитаемыми и пригодными для исследований и анализа. По оценкам физиков, коллайдер в год будет производить данные, общим объемом 15 петабайт (15 миллионов гигабайт). Топология Grid-сети заслуживает отдельного упоминания - компьютеры объединены таким образом, что сеть может ежесекундно передавать более 10 гигабайт данных даже в том случаев, если какие-то ее узлы не работают. Кроме того, почти все компьютеры сети объединены системой видеотелефонной связи, работающей в качестве HD.

При всей открытости и масштабности проекта, доступ в сеть простым пользователям, готовым предоставить вычислительные мощности своих компьютеров, будет закрыт. По крайней мере в первое время.

Стоимость Grid-сети, как рассказали в CERN, составляет более 500 млн евро. Задачи по научной обработке данных будут рассредоточены между 11 основными шлюзами в 10 странах, те в свою очередь будут передавать данные и задания еще 140 узлам.

Поскольку энергия сталкивающихся протонов и их античастиц была достаточно велика (почти 2 триллиона электрон-вольт) - в процессе столкновения начинали проявляться эффекты, связанные с рождением новых частиц (кинетическая энергия протонов переходит в массу рожденных частиц) и взаимодействием кварков. В некоторых процессах, в частности, возникали короткоживущие и распадающиеся с рождением двух мезонов частицы с b-кварком.

Специальный детектор отслеживал такие события и его электронная схема позволяла проследить траектории мюонов с высокой точностью до места их появления. Именно эти данные стали сенсацией. Мюоны, которые должны были рождаться на расстоянии максимум в пару миллиметров от места столкновения пучков (больше породившая два мюона короткоживущая частица просто не пролетит), пролетали на порядок больще и даже успевали покинуть вакуумную трубу. Кроме того, их было слишком много для Стандартной Модели, в ней получение мюонных струй невозможно даже в привычной области вблизи столкновения пучков частиц.

Работающие в области физики высоких энергий ученые пока весьма аккуратны в оценках. Но добросовестность экспериментаторов сомнений не вызывает, они честно описали полученные результаты. Воздержавшись от теоретических построений и указав на то, что работы с Тэватроном и анализ данных продолжаются. Кроме того - часть теоретических объяснений открытого феномена (а таковые последуют в ближайшие месяцы) можно будет проверить и на Большом Адронном Коллайдере.

В эксперименте, результаты которого проанализированы физиками в одном из крупнейших ускорительных центров мира, обнаружено аномальное событие. Рождение мюонов, элементарных частиц, происходило на значительном расстоянии от места столкновения протон-антипротонных пучков. Причем не парами, как предсказывалось, а в виде струй. В опубликованном отчете на arxiv.org уже сказано о невозможности объяснить результат в рамках имеющихся представлений, а в неофициальных источниках новые экспериментальные данные характеризуют как потенциальный переворот в физике.

Тэватрон на сегодня является коллайдером с самой высокой энергией частиц. Это почетное звание отберет у него лишь Большой адронный коллайдер, после починки и запуска. Международный коллектив физиков, (статья подписана более чем 400 авторами из 51 научного центра по всему миру) работавший с детектором CDF, провел анализ данных, накопленных в ходе многомесячного эксперимента по столкновению протон-антипротонных пучков.

Поскольку энергия сталкивающихся протонов и их античастиц была достаточно велика (почти 2 триллиона электрон-вольт) - в процессе столкновения начинали проявляться эффекты, связанные с рождением новых частиц (кинетическая энергия протонов переходит в массу рожденных частиц) и взаимодействием кварков. В некоторых процессах, в частности, возникали короткоживущие и распадающиеся с рождением двух мезонов частицы с b-кварком.

Специальный детектор отслеживал такие события и его электронная схема позволяла проследить траектории мюонов с высокой точностью до места их появления. Именно эти данные стали сенсацией. Мюоны, которые должны были рождаться на расстоянии максимум в пару миллиметров от места столкновения пучков (больше породившая два мюона короткоживущая частица просто не пролетит), пролетали на порядок больше и даже успевали покинуть вакуумную трубу. Кроме того, их было слишком много для Стандартной Модели, в ней получение мюонных струй невозможно даже в привычной области вблизи столкновения пучков частиц.

Работающие в области физики высоких энергий ученые пока весьма аккуратны в оценках. Но добросовестность экспериментаторов сомнений не вызывает, они честно описали полученные результаты. Воздержавшись от теоретических построений и указав на то, что работы с Тэватроном и анализ данных продолжаются. Кроме того - часть теоретических объяснений открытого феномена (а таковые последуют в ближайшие месяцы) можно будет проверить и на Большом адронном коллайдере.

Общепринятое представление о черной дыре таково: это область пространства, поле тяготения в которой настолько сильно, что вторая космическая скорость для находящихся в ней тел должна превышать скорость света. Границу черной дыры принято называть горизонтом событий. Построение компьютерной модели этого образования заинтересовало в первую очередь участников экспериментов (представляющих Университет Западного резервного района (Кливленд, США), Оксфордский и Лондонский университеты) на детекторе ATLAS — одном из двух универсальных детекторов, установленных на БАК. Работа на ATLAS напоминает, по словам исследователей, действия поисковых команд, изучающих место падения самолета, собирающих обломки, а затем определяющих причину крушения. BlackMax предоставляет информацию о теоретической форме распределения частиц при распаде черной дыры; задача ученых — сравнить данные с экспериментом и сделать обоснованный вывод.

Уже первые расчеты дали интересные результаты. К примеру, черные дыры, если они вообще образуются в ходе работы коллайдера, должны рождаться вращающимися. При их распаде следует также ожидать появления большего числа частиц (и более изотропного их распределения в пространстве), чем при взаимодействиях, описываемых Стандартной моделью теории элементарных частиц. Наконец, при определенных условиях черная дыра должная распадаться с образованием гравитонов (гипотетических элементарных частиц, которые служат переносчиками гравитационного взаимодействия).

Глен Старкман, один из руководителей исследования, подчеркивает особую важность экспериментов на БАК, замечая, что если ученым удастся зарегистрировать образование черных дыр, то откроется возможность объединения двух величайших достижений ХХ века: квантовой механики и общей теории относительности. Кроме того, это подтвердит правильность выводов теории струн (в частности, самого, пожалуй, смелого из них: о существовании во Вселенной дополнительных измерений). Об этом сообщает "Компьюлента" со ссылкой на ScienceDaily.

Напомним, БАК вышел из строя 19 сентября 2008 года, после того как из-за сбоя в электрической цепи часть магнитов коллайдера нагрелась, в результате чего в туннель ускорителя попало шесть тонн жидкого гелия. Этой аварии предшествовало несколько более мелких поломок, которые были устранены в течение нескольких дней.

Изначально предполагалось, что после перегрева магнитов восстановить работу БАК удастся к ноябрю, однако позже срок его запуска был перенесен на весну 2009 года. Однако, по словам представителя CERN Джеймса Джиллиса (James Gillies), наиболее вероятно, что коллайдер будет вновь запущен в начале лета.

Несмотря на поломку 21 октября Большой адронный коллайдер был официально открыт. Торжественная церемония прошла в CERN.

В целом Хойер обещал, что будет проводить более осторожную политику в плане экспериментов, чем его предшественник.

Напомним, что запуск Большого адронного коллайдера состоялся 10 сентября 2008 года. Спустя всего девять дней работа ускорителя была приостановлена из-за аварии в системе охлаждения. Дуговой разряд дефектного электрического контакта пробил емкость с жидким гелием, что привело к попаданию в тоннели нескольких тонн гелия.

Большой адронный коллайдер является крупнейшим в мире ускорителем элементарных частиц. Длина кольца ускорителя составляет 27 километров. Энергии пучков, достигаемые в этом устройстве, должны помочь исследователям ответить на фундаментальные вопросы, касающиеся происхождения Вселенной. Некоторые люди опасаются, что работа ускорителя на полной мощности (которой ему не удалось достичь осенью 2008 года) может привести к гибели Земли. Ученые уже неоднократно опровергали это заблуждение.

Некоторое время назад появилась информация о том, что Австрия намерена выйти из CERN. Об этом заявил министр науки и образования страны Йоханнес Хан (Johannes Hahn). Он заявил, что это решение продиктовано желанием более рационально использовать 17 миллионов евро (по другим данным, 20 миллионов евро), которые государство ежегодно тратит на CERN.

Это решение вызвало негодование в научном сообществе Австрии. Многие исследователи заявили, что государство потратило значительные средства на проекты Центра ядерных исследований, в частности, строительство Большого адронного коллайдера. Если страна выйдет из состава организации, то физики потеряют возможность пользоваться результатами опытов, которые планируется проводить на этом ускорителе.

Большой адронный коллайдер является крупнейшим в мире ускорителем элементарных частиц. Его официальный запуск состоялся в октябре 2008 года. Спустя всего девять дней ускоритель вышел из строя из-за аварии в системе охлаждения. Теперь, согласно недавно принятому плану, первые столкновения пучков пройдут в ускорителе не раньше октября 2009 года.