Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Andet

Sådan fungerer CERN

En CERN -medarbejder krydser forbi en malet fremstilling af LHC’s ATLAS -eksperiment den 13. december, 2011, i Genève, Schweiz. Harold Cunningham/Getty Images

Hvis Albert Einstein var i live den 4. juli, 2012, Jeg vil gerne tro, at han ville have grinet, da forskere ekstatisk meddelte, at de havde fundet, hvad de troede var Higgs boson .

Mere end 40 år før, Den britiske teoretiske fysiker Peter Higgs og hans kolleger havde foreslået, at netop denne elementarpartikel og dens tilhørende felt var årsagerne til, at materie har masse. Da forskere bekræftede Higgs 'teori i det 21. århundrede, det åbnede et vindue om, hvordan universet fungerer, som Einstein og mange andre har viet deres liv til at studere.

Opdagelsen repræsenterede en triumf af videnskaben. Endnu, forskere fandt fundet ikke ved at kigge gennem et teleskop, analysere data indsamlet fra et rumfartøj eller endda udføre et af Einsteins berømte tankeeksperimenter. De fandt Higgs gennem årtier med omhyggelig forskning på kollidere rundt om i verden, især CERN i Genève, Schweiz. CERN står for Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (eller European Center for Nuclear Research).

Deres forskning var omhyggelig, fordi livet for Higgs -bosonen er uendeligt kort. Det bryder ind i mindre partikler i meget kortere tid, end det tager at blinke. Forskere skulle være på tæerne for at opdage Higgs. Gennem forsøg og fejl, eufori og fortvivlelse, forskere ved CERN brugte 10 milliarder dollars i årtier på at jagte den undvigende partikel [kilde:Overbye].

Opdagelsen satte CERN på forsiden. Endnu, de fleste mennesker aner stadig ikke, hvad forskerne på CERN rent faktisk gør. Det kan vi hjælpe med.

Indhold
  1. Inde i CERN
  2. Hadronen (Collider) i hjertet
  3. Analyse af CERN -data:Nu er det et stort job

Inde i CERN

CERN har eksisteret siden 1950'erne. Husk på, at i slutningen af ​​Anden Verdenskrig, Europa var et rod og dets videnskabelige samfund gik i stykker. Forskere i USA, som omfattede mange plukket fra Europa, havde taget føringen inden for fysik. I 1949, Den franske kvantefysiker Louis de Broglie foreslog, at Europa forsøger at genvinde sin videnskabelige herlighed ved at oprette et multinationalt atomfysisk laboratorium.

Et par år senere, CERN blev født og bygget lige uden for Genève. De 12 stiftende stater omfattede Belgien, Danmark, Frankrig, Vesttyskland, Grækenland, Italien, Holland, Norge, Sverige, Schweiz, Storbritannien og Jugoslavien. Fra januar 2014, 21 lande, herunder Israel, Polen og Finland, er CERN -medlemmer, og hver får to pladser i CERN -rådet, det beslutningsorgan, men en enkelt afstemning om sådanne beslutninger. CERNs generaldirektør, Rolf Heuer i 2014, fungerer hovedsageligt som leder.

USA er ikke medlem, men et observatørstat , det er, en, der kan deltage i møder og få information, men ikke stemme om CERN -spørgsmål [kilde:CERN]. (Apropos USA, det bidrog med $ 531 millioner til opførelsen af ​​flere LHC -komponenter.)

CERNs job var at finde ud af, hvordan universet fungerede. Ikke noget særligt, ret? Forskere besluttede, at den bedste måde at udføre denne monumentale opgave på var at bygge kæmpemaskiner, der slog subatomære partikler ind i hinanden. Håbet var, at disse såkaldte atomknusere ville give forskere et glimt tilbage til tiden lige efter, at universet blev til. Derfor, CERN begyndte at bygge sin allerførste accelerator i 1957, Synchrocyclotron, som styrtede ned og smadrede sig mod 33 års tjeneste. CERN driver nu flere acceleratorer og en decelerator i et bygningskompleks, der grænser op til den schweiziske og franske grænse. Prisen på eksperimenterne er spredt over medlemslandene [kilder:Exploratorium, CERN].

I 2014, 2, 400 fuldtidsansatte og 1, 500 deltidsansatte, arbejdede hos CERN, mens mere end 600 institutter og universiteter fik lov til at bruge dets faciliteter til at begynde at opklare en række mysterier, såsom antimateriale, sorte huller, og de begivenheder, der fandt sted et splitsekund efter Big Bang. I øvrigt, 10, 000 forskere fra 113 lande - halvdelen af ​​alle partikelfysikerne på planeten - kigger forbi CERN hvert år for forskning. Og det er heller ikke kun forskere. Folk arbejder på forskellige opgaver, herunder ingeniører, eksperimentelle fysikere og endda revisorer. Forskere fra medlemslandene får første knæk på en position, selvom seniorforskere fra andre lande altid betragtes [kilder:Exploratorium, CERN].

Forbinder verden

I 1989, Tim Berners-Lee, en britisk videnskabsmand, hjulpet med at opfinde World Wide Web ved at udvikle hypertekstoverførselsprotokol, eller http. Berners-Lee var ivrig efter at oprette et netværk af interaktive computere, så forskere over hele verden kunne dele data [kilde:CERN].

Hadronen (Collider) i hjertet

Vil du trykke lige så dårligt på knapperne, som vi gør? © Denis Balibouse/Reuters/Corbis

I hjertet af CERN er verdens største og mest kraftfulde partikelaccelerator, en atomknuser kaldet Large Hadron Collider (LHC). (Det er så stort, at det har sin egen artikel.) LHC er lavet af en 27-mile (27 kilometer) ring af superledende magneter og en række acceleratorer, der skyder højenergipartikler gennem apparatet som en kugle gennem en pistol . Ligger 100 meter under jorden, kollideren sprænger en stråle af protoner i en retning, mens en anden stråle bevæger sig i den modsatte retning.

Kaboom ! Kablam ! Splat !

Brug ethvert udråb, du ønsker. I topfart, partiklerne smadrer ind i hver enkelt ved 99,99999991 procent lysets hastighed [kilde:CERN]. Hver gang protonerne smadrer ind i hinanden, det skaber en kompleks spray af andre partikler. Mange af disse partikler holder i mindre end et sekund, men efterlader et spor af subatomære brødkrummer, som forskere kan følge. For at følge den spor, forskere stoler på to meget komplekse detektorer, som gør det muligt for dem at se de elementære byggesten i vores univers.

En af disse detektorer er ATLAS. Maskinen, som er cirka 45 meter lang og 25 meter høj, hjalp med at finde Higgs boson. ATLAS er halvt så stort som Notre Dame (domkirken, ikke universitetet) og vejer lige så meget som Eiffeltårnet (det i Paris, ikke Las Vegas). CERN -forskere bruger ATLAS og de andre detektorer (ALICE, CMS, LHCb, LHCf) for at studere ting, du kun læser om i sci-fi-bøger, f.eks. om der findes andre dimensioner; hvilken form for samlende kraft der kan være i universet; og hvis der er tegn på mørkt stof. Kun to detektorer, ATLAS og CMS, var afsat til at løse Higgs boson -mysteriet. Alle eksperimenter på LHC er forskellige og drives af et verdensomspændende team af forskere [kilder:ATLAS, CERN].

Analyse af CERN -data:Nu er det et stort job

At smadre partikler sammen med næsten lysets hastighed er en ting; fortolkning af dataene fra disse kollisioner er en anden. Partikler kolliderer i LHC næsten 600 millioner gange i sekundet [kilde:Sakai]. Oplysningerne, der udspringer af disse nedbrud, kan fortælle os mængder om atomets indre funktion og de kræfter, der holder atomet sammen, men vi kan bestemt ikke registrere alle oplysninger fra detektorerne. Hvis CERN gjorde, ATLAS, for eksempel, kunne fylde 100, 000 cd'er med data hvert sekund. I stedet, ATLAS, ligesom de andre detektorer, kan kun optage en "smidgen" af information, nogenlunde nok til at sætte 27 cd'er i minuttet [kilde:ATLAS].

Selvom dette tal kun er en del af de tilgængelige oplysninger, det er stadig et overvældende beløb. Detektorerne overfører det, de finder, til CERN Data Center, hvor teknikere og forskere bruger computere til digitalt at rekonstruere hver kollision. Under genopbygningen, forskere satte deres teorier om, hvordan partikler opfører sig, på prøve. De sammenligner computersimulerede kollisioner med de faktiske kollisioner. En forskel mellem de to kan betyde ny videnskab, noget der var gået uforklarligt [kilde:Sakai].

Hver dag, datacentret behandler en petabyte information. Det ville tage 223, 000 dvd'er til at gemme alle oplysninger i en petabyte [kilde:McKenna]. For at gøre tingene sværere, forskere porer gennem 30 petabytes hvert år, hvilket gør ny videnskab utrolig vanskelig at finde [kilder:CERN, McKenna].

I betragtning af disse svimlende tal, CERNs datahub kan ikke knuse sådanne tal helt alene. I stedet, forskere stoler på planetens største computernetværk, verdensomspændende LHC Computing Grid, en sammenslutning af 170 computercentre i 40 lande. Gitteret betegnes som det "mest sofistikerede datatagnings- og analysesystem, der nogensinde er bygget til videnskab." Det kører mere end 2 millioner job om dagen og kan overføre 10 gigabyte data fra sine servere hvert sekund. Uden gitteret, Higgs -bosonen kunne være gået uopdaget [kilde:WLCG].

Hvad angår Einstein, han ville vugge i graven, hvis han vidste, hvad der skete på CERN - det vil sige, hvis hans venner ikke havde spredt sin aske på Delaware -floden i 1955.

Atomisk ferie

Hvis du nogensinde holder ferie i Genève, du kan turnere CERN gratis, men sørg for at besøge webstedet først og indsende en anmodning. Glem ikke dit pas eller identitetskort. Også, lad dine børn under 13 (til grupperejser) blive hjemme sammen med højhælede sko, sandaler og flip flops. Du kan heller ikke ryge [kilde:CERN].

Masser mere information

Forfatterens note:Sådan fungerer CERN

Jeg refererer til Einstein ikke fordi jeg forstår selv et gran af hvad han har lært verden, men fordi nutidens forskere stort set forsøger at bygge videre på Einsteins arbejde. En af de ting Einstein brugte meget tid på at studere, var hvordan atomer og lys opførte sig. Hans teorier førte i sidste ende til eksistensen og opdagelsen af ​​Higgs -bosonen.

Relaterede historier

  • Sådan fungerer Atom Smashers
  • Sådan fungerer Large Hadron Collider
  • Sådan fungerer Big Bang -teorien
  • Sådan fungerer sorte huller
  • Sådan fungerer Dark Matter
  • Sådan fungerer rumkollisioner

Kilder

  • ATLAS -eksperiment, CERN. "Hvad er ATLAS?" (25. juli, 2014) http://atlas.ch/what_is_atlas.html#4
  • European Center for Nuclear Research (CERN). "Webens fødsel." (24. juli kl. 2014) http://home.web.cern.ch/topics/birth-web
  • European Center for Nuclear Research (CERN). "Computing." (25. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/computing
  • European Center for Nuclear Research (CERN). "Ofte stillede spørgsmål:LHC The Guide." (30. juli, 2014) http://cds.cern.ch/record/1165534/files/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf
  • European Center for Nuclear Research (CERN). "Historien om CERN." (24. juli kl. 2014) http://timeline.web.cern.ch/timelines/The-history-of-CERN
  • European Center for Nuclear Research (CERN). "Den store Hadron Collider." (25. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider
  • Exploratorium. "Matterens hjerte:Inde i CERN, verdens største partikelaccelerator. "(25. juli, 2014) http://www.exploratorium.edu/origins/cern/index.html
  • Holmes, Nigel. "Hvad er Higgs?" New York Times. (24. juli kl. 2014) http://www.nytimes.com/2013/03/05/science/chasing-the-higgs-boson-how-2-teams-of-rivals-at CERN-søgt-efter-fysik-mest-undvigende particle.html? adxnnl =1 &view =Game_of_Bumps &ref =higgsboson &adxnnlx =1385219691-CQT+Ibo61fcAqjfVSynO+A &_r =1 &
  • McKenna, Brian. "Hvordan ser en petabyte ud?" Computer ugentligt. (25. juli, 2014) http://www.computerweekly.com/feature/What-does-a-petabyte-look-like
  • Farvel, Dennis. "Jagter Higgs Boson." New York Times. 5. marts 2013. (24. juli, 2014) http://www.nytimes.com/2013/03/05/science/chasing-the-higgs-boson-how-2-teams-of-rivals-at-CERN-searched-for-physics-most- undvigende-partikel.html
  • Sakai, Jill. "Materiens hjerte." På Wisconsin -magasinet. Efterår 2008. (30. juli, 2014) http://www.news.wisc.edu/on-wisconsin/heart-of-the-matter/
  • Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). "Worldwide LHC Computing Grid." (25. juli, 2014) http://wlcg-public.web.cern.ch/