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 НГУ

1. Большой адронный коллайдер,
физика без школьных учебников
и многое другое
Орлов Илья Олегович
ИЯФ СО РАН + НГУ + СУНЦ, Новосибирск
ЦЕРН, Женева, Швейцария
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 1

2. Вещество
Атомы
Молекула
Атом
u u Электроны
Ядро
u u
d d
u Ядро
d
Нейтрон
u u
u d Протон
d u
d
d
d u
u u d
d
u
d
Протон
Кварки

3. 1895 г. Фотон
• Лучи в вакуумной
трубке
• Нобелевская премия
по физике - 1901 г.
В. К. Рёнтген

4. Электрон, протон, нейтрон
• Электрон – 1897
• Протон – 1918
• Нейтрон – 1932
Дж. Томсон Э. Резерфорд Дж. Чедвик
• Ядерные силы
• «Мезон» Юкавы

5. Позитрон
• 1928 г. - теория
• 1932 г. - обнаружение
• Не вписывается в модель атома
П. А. М. Дирак
Эра антивещества
К. Д. Андерсон

6. Мюон
• 1937 г., космические лучи
• M = 105 МэВ (~200 электронов)
• T = 2∙10-6 сек (долго!)
К. Д. Андерсон

7. Пион
• «Мезон» Юкавы
• Переносчик ядерных сил
• Космические лучи, 1947 Цезарь М. Дж. Латтес
• M = 140 МэВ (~280 электронов)
• T = 2∙10-8 сек

8. Каон
• 1950-1953 г.
• M ~ 500 МэВ
(1000 электронов, ½ протона)
• T ~ 10-10 сек
• Странная частица!

9. Нейтрино
• Предложена в 1931 (Паули)
• Сохранение энергии в
бета-распаде
• Эксперимент: 1956 г.

14. 1963 год
Переносчик
p+ p- ядерных сил
π
Переносчик
n0 n0 γ
ЭМ сил
e- e+
νe K μ νμ

15. Кварковая модель
p+ π n0
u u
u М. Гелл-Манн
d u d u
d
u u d u
d d u
d
d u
u u d
d
d u

16. Коллайдеры
• 1963 г.
• ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск
• Стэнфордский университет
Г. И. Будкер В. К. Г. Панофски

19. ВЭП – 1

20. 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

22. Современные задачи
• Поиск Хиггс-бозона
• Поиски новой физики за Стандартной
Моделью
• Проверка нарушений CPT-симметрии
• Проверка суперсимметричных теорий
• Проблема тѐмной материи
• Масса нейтрино
• Искусственные чѐрные дыры
• Обнаружение гравитационных волн
• «Великое объединение» взаимодействий

24. The Stanford two-mile electron linear accelerator (SLAC)

27. 09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 27

28. 09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 28

29. Наблюдатели:
ЮНЕСКО, Евросоюз,
Япония, Турция, Израиль,
США, Россия
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 29

30. ЦЕРН в цифрах
• 2427 штатных
сотрудников
• 294 студента
• 9992 “пользователя”
• Бюджет (2011 г.) –
1250 MCHF (1032 M€)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 30

31. Сотрудники ЦЕРН в странах мира
92
41
34

32. Возрастное распределение
1 000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

33. Деятельность ЦЕРНа
• Проект LHC: ускорители и эксперименты
• LHC: вычислительные мощности
• Long base neutrino beam
• Антипротонный охладитель
• Высокоэнергетичные мюонные и адронные пучки

34. ЦЕРН – лаборатория физики частиц
Фундаментальные частицы
и взаимодействия

35. Цепь ускорителей ЦЕРНа
P-P, очень высокая энергия
Антипротоны
P, высокая энергия
P, низкая энергия
n_TOF Ядерная физика

36. LHC
p-p collider
7 TeV + 7 TeV
Основные задачи
•Бозон(ы) Хиггса
Светимость = 1034 см-2 с-1 •Суперсимметрия
•Кварк-глюонная
(10 млн столкновений/сек)
плазма
•CP-нарушение 36

37. Дипольные магниты LHC (1232)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 37

38. Сверхпроводящие магниты

39. CMS

40. Диаметр 25 м
Длина цилиндрического объѐма 26 м
Длина всего детектора с торцами 46 м
Общая масса 7000 тонн

41. The Main Building «fits in » the ATLAS Cavern

42. Коллаборация

43. Объѐм данных LHC
1 мегабайт (1 Мб)
Цифровая фотография
На эксперимент: 1 гигабайт (1 Гб)
• 40 миллионов столкновений в секунду = 1000 Мб
DVD-фильм
• После фильтрации - 100 событий в секунду 1 терабайт (1 Тб)
представляют интерес = 1000 Гб
Годовое производство
• 1 Мб оцифрованных данных на каждое событие книг в мире
= 100 Мб/сек 1 петабайт (1 Пб)
= 1000 Тб
• 1 миллиард записанных событий = 1 Пб/год 10% годового потока
данных LHC
Общий поток данных с 4 экспериментов - 1 эксабайт (1 Эб)
= 1000 Пб
до 15 петабайт в год Годовой производимый
объем информации

44. данные вес DVD
за год
Сырые данные 3,2 Пб 14 000 кг
до обработки
Реконструкция, 1,0 Пб 4 400 кг
фильтрация
Физические 0,2 Пб 784 кг
данные
Публикации 10 Мб
1 Пб = 1 петабайт = 1000 терабайт

45. Для обработки требуется невероятное
количество компьютеров
Калибровка
Реконструкция
Моделирование
Анализ
Итого необходимо около
10 000 современных PC
Мировое производство
за ~6 ч.

46. World Wide Collaboration
distributed computing & storage capacity
Европа: 267 институтов, 4603 пользователей
Не Европа: 208 институтов, 1632 пользователей
И. О. Орлов, СПФКС-9 46

47. Иерархия GRID
~PByte/sec
Online System ~100-1500
Experiment MBytes/sec
CERN Center
Tier 0 PBs of Disk;
Tape Robot
Tier 1 +1
IN2P3 Center RAL Center INFN Center FNAL Center
2.5-10 Gbps
Tier 2 Tier2 Center Center Center Center Center
Tier2 Tier2 Tier2 Tier2
Tier 3
Institute
Institute Institute Institute
Десятки петабайт в 2007-8.
Physics data cache
0.1 to 10 Gbps Эксабайт к 2013-14 году.
Workstations Tier 4

48. “Knowing more about the
Higgs and Supersymmetry
http://aliceinfo.cern.ch will let us pose the next
http://cmsinfo.cern.ch questions more sensibly”
http://atlas.ch/
http://cern.ch
http://en.wikipedia.org/wiki/CERN
http://elementy.ru/LHCО. Орлов, СПФКС-9
09.08.11 И. 48

49. Зачем это всѐ нужно?

50. WWW и CERN
Tim Berners-Lee
World Wide Web -
доступ к информации
во всех уголках
земного шара
Grid - доступ со всех
уголков земного шара к
единому хранилищу
данных

51. Интересная работа +
Возможность неограниченного
профессионального роста
Интересный круг общения
Поездки по всему миру
Свободный график работы
За это еще и платят!

52. –
нужны способности
существенно выше средних
нужно долго учиться

53. Что вообще вам грозит?
Технологии Бизнес Заграница СО РАН
МГУ, МФТИ, … НГУ раздолбаи …
СУНЦ НГУ раздолбаи …
Летняя школа …

54. Есть вопросы?
• I.O.Orlov@inp.nsk.su
• http://VKontakte.ru/orlovio
• http://Facebook.com/OrlovIO
• http://Twitter.com/OrlovIO
Как получить презентации лекций?
• http://slideshare.net/OrlovIO
• или написать и спросить :)