Физика высоких энергий и Большой Адронный Коллайдер

Четыре типа фундаментальных взаимодействий
Гравитационное (все частицы)
Электромагнитное (все заряженные частицы)
Слабое (лептоны, мезоны, барионы)
Сильное (барионы, мезоны = адроны)
15.12.2009
К началу 70-х годов прошлого века было открыто
несколько сотен (!!!) элементарных (???) частиц

15.12.2009
Предсказывает существование новой частицы, которая еще не наблюдалась –
бозон Хиггса , и который тяжелее протона примерно в 120 раз
Единая теория электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий -
Стандартная теория (модель)
П.В. Хиггс
Т р и ц в е т а
Фундаментальные частицы
кварки
лептоны
Существуют теории и модели, которые предсказывают
много новых частиц, они будут проверяться в экспериментах

15.12.2009

proton
neutron
Из стандартной теории следует, что может
существовать новое состояние вещества
кварк-глюонная плазма
При достижении очень высокой плотности ядерного вещества (столкновение тяжелых ядер)
исчезают «границы» между нуклонами (протонами и нейтронами), образуется новое состояние материи, в котором нет адронов, а есть только кварки и глюоны
15.12.2009
Протоны и нейтроны составлены из трех кварков,
пи-мезоны из кварка и антикварка

ATLAS CMS ALICE LHCb LHCf TOTEM
CERN

ЦЕРН - CERN, Conseil Européen de la Recherche Nucléaire,
European Organization for Nuclear Research
Официальный день рождения ЦЕРНа - 29 сентября 1954 г.
12 стран-участниц ратифицировали договор о создании организации
Основная задача – исследование структуры материи,
фундаментальных её свойств
www.cern.ch
15.12.2009
Сегодня ЦЕРН – это
20 стран-участниц,
6 ассоциированных членов,
2 наблюдателя

15.12.2009
Столкновения частиц при высоких энергиях являются ключом к дальнейшим открытиям новых, более тяжёлых частиц, позволяют увидеть, что происходит на сверхмалых расстояниях
Образуется ли при столкновении тяжёлых ядер кварк-глюонная плазма – новое состояние вещества?
Существует ли в природе частица, предсказанная теоретиками: хиггсовский бозон (Higgs boson, )?
Существуют ли другие частицы, предсказанные теоретиками?
ЦЕРН это:
~ 2500 научных сотрудников (физики, инженеры, …)
Более 8000 (в год) приглашённых учёных (половина физиков всего мира, изучающих частицы)
Они приезжают из
500 университетов и институтов,
представляя более
80 национальностей.
В ЦЕРНЕ с 1954 г. было сделано много
важнейших научных открытий,
но современное понимание Вселенной
остаётся не полным

Здесь, в 1989 г. был придуман и впервые реализован (в 1990 г.) World Wide Web, чтобы улучшить и ускорить обмен информацией, которой обмениваются физики, работающие в разных частях всего мира.
Tim Berners-Lee
В ЦЕРНе имеется мощный компьютерный центр, обеспечивающий информационно-вычислительную поддержку экспериментов и научного процесса.
15.12.2009

LHC (Large Hadron Collider)
15.12.2009
Франция
Швейцария
4.5 км
Длина кольца: 27 км
Глубина: 70 -100 м
Температура сверхпроводящих магнитов: 1.9К (= -2710С)

LHC эксперименты
15.12.2009

Size: 16 x 26 meters
Weight: 10000 tons
Size: 25 x 46 meters
Weight: 7500 tons
Size: 16 x 21 meters
Weight: 12500 tons
Size: 15 x 20 meters
Weight: 4500 tons
15.12.2009
Первый пучок протонов в LHC -октябрь 2008 г
Начало экспериментов -
ноябрь 2009 г

15.12.2009
В шести экспериментах будет производиться 15-20 петабайт (!!!) (15-20 млн. гигабайт) данных в год. Их нужно сохранить и проанализировать.
Компьютерный центр ЦЕРНа даже после существенной модернизации последних лет может обеспечить только 30% ресурсов, необходимых для хранения данных и около 20% требуемых вычислительных ресурсов
Выбранное решение проблемы – ГРИД
Грид – система географически распределенных вычислительных
ресурсов (компьютеры, кластеры, компьютерные центры), которые
согласованно решают одну или многие задачи.
Вычислительный интернет
Идея появилась в 1997 году
(Аргоннская физическая лаборатория)

15.12.2009
Украина не участвовала в строительстве LHC, но
украинские ученые и инженеры внесли вклад в создание двух детекторов: СMS и ALICE
Для детектора СMS были созданы специальные сцинтилляционные материалы (ИСМА НАН Украины)
Для ALICE спроектированы и изготовлены несколько десятков тысяч микромодулей и микропроводников особого свойства для центральной части детектора - ITS (Internal Track System)
(ИТФ им. Н.Н. Боголюбова НАН Украины, Научно-исследовательский технологический институт приборостроения, Харьков)
В обоих случаях – технологии высочайшего мирового уровня.
Физики и ИТ специалисты участвуют в работе WLCG (Worldwide LHC Computing Grid ) – объединяет в единую вычислительную сеть более 100 тыс. компьютеров (компьютерных кластеров) сотен физических центров и лабораторий всего мира).
Грид для СMS - ХФТИ
Грид для ALICE – ИТФ (КНУ, ИСМА, КПИ)
Около 35 человек из Украины активно участвовали в подготовке экспериментов на LHC в ЦЕРНе.

15.12.2009
ITS
Внутренняя трековая система (Inner Tracking System)
детектора ALICE
Детектор ALICE

ЦЕРН 2009 г.
21 ноября – 24 ноября:
Хроника событий
СТАРТ LHC

1st beam
2nd beam

ALICE control room

Первое столкновение протонов зафиксировано в ALICE
детекторе и успешно обработано он-лайн!

22 ноября. Циркуляция двух пучков

23 ноября. Первое столкновение

The ALICE collaboration acknowledges the following funding agencies for their support in building and running the ALICE detector:
………..
- Ukraine Ministry of Education and Science;
…………

http://twitter.com/cern/
http://lhc.web.cern.ch/lhc/
http://lhc.web.cern.ch/lhc/News.htm
http://cdsweb.cern.ch/record/1223965 пресс-конференция
http://ow.ly/EkbB видео хроника

Спасибо за внимание!

15.12.2009
Физика высоких энергий и космология

Fundamental research has always been
a driving force for innovation
100% SCIENCE
100% SCIENCE
Electromagnetism
Relativity
For GPS to work, we have to take into account the correction due to time dilation. Otherwise, there would be a position error of around 10m after just 5 minutes of travel-time!
J.C. Maxwell
A. Einstein
Telephones use electromagnetic waves to communicate

CERN LHC

Welcome back beam 1! This is the clockwise direction:
Point 2(ALICE experiment)->3->4->5(CMS)->6->7->8(LHCb)->Point1 (ATLAS).Its' circulating 6:51 AM Nov 21st from HootSuite
Nice animation of a beam splash in the LHCb experiment. Look at their page: http://ow.ly/EjUB #CERN #LHC 6:59 AM Nov 21st
from HootSuite
This has been a great 24 hours for the LHC. Now the systems commissioning begins, so we’ll be tweeting less often for a while.
#CERN #LHC 7:19 AM Nov 21st from HootSuite
Thanks for following us, and for all the support. We’ll keep you posted if anything interesting happens.
http://ow.ly/EkbB #CERN #LHC 7:23 AM Nov 21st from HootSuite
That was a good night for the LHC with periods of quiet beam. Next step - same again for the other beam. 12:59 AM Nov 22nd
RT @CMSexperiment: LHC Beam 2 restarting after a long pause. One shot seen in CMS! #CMS #LHC #CERN 5:45 AM Nov 22nd
The anticlockwise beam is now in and circulating... working on improving the beam lifetime #CERN #LHC 6:28 AM Nov 22nd
Good morning from CERN. Over three days, the LHC has had two beams circulating with good lifetimes. I
t's a good solid start. #CERN #LHC 12:23 AM Nov 23rd from HootSuite
TWO BEAMS ARE CURRENTLY CIRCULATING IN THE LHC! #CERN #LHC 4:25 AM Nov 23rd from HootSuite
It's been an eventful day at CERN. It started with two circulating beams and ended with first collisions in four detectors.
#CERN #LHC 11:39 AM Nov 23rd
There was a press conference earlier in the day, taking stock of what happened over the weekend http://bit.ly/7TXLWH.
#CERN #LHC 12:04 PM Nov 23rd
CERN's press release has pictures of some of the first collisions http://bit.ly/8U6DVX. #CERN #LHC 12:38 PM Nov 23rd
The #LHC accelerated a beam to 540 GeV overnight. Here are the pictures http://bit.ly/4Njuxf. #CERN 12:46 AM Nov 24th