CERN – krossen som slår sönder materiens minsta byggstenar

av Jörgen Städje den 12 Jan 2016

I Europa finns ett par datasprutor av mycket stor rang. En av dem är CERN som skapar nytt forskningsdata på löpande band, dygnet runt, året runt. Och det är inga små mängder. Bara detektorerna som sitter på LHC-ringen åstadkommer lika mycket data som hela Europas telenät.

I Meyrin utanför Genève i Schweiz, jobbar ett tusental forskare på att dränka Europa i data. De tar något som inte syns och applicerar obegripligt mycket energi på det, och skapar en dataström som varenda kärnfysiker över hela världen vill ha. Knepigt.

cern meyrin
Det här är CERNs huvudkontor. Det är väl ingenting. Då ska du se hur det ser ut hundra meter ned i marken! Bild: CERN

Historik

Large Hadron Collider är världens kraftigaste partikelaccelerator. LHC (som ligger i nordvästra förorterna i Genève på den fransk-schweiziska gränsen) genererar den största mängden information som någonsin producerats i ett experiment. Det har också avslöjat några av naturen mest fundamentala hemligheter, som varför vi håller ihop, över huvud taget.

Conseil Européene pour la Recherche Nucléaire skapades ur en idé av nobelpristagaren Louis de Broglie år 1949. Han tyckte det behövdes ett europeiskt labb för att hindra emigrationen av skarpa hjärnor från Europa till USA. Arbetet var igång redan 1953.

CERN har byggts ut och byggts ut med allt fler acceleratorer och detektorer och har givit vetenskapen upptäckter och nobelpriser i långa rader. Det har varit bosoner hit och antiväte dit och snart får vi kanske se mörk materia.

CERN är dessutom världens störste ägare av helium, som i flytande form används för att kyla supraledande magneter.

En smäll av Guds nåde

cern ATLAS_Experiment
Atlas-detektorn, innan den var färdigmonterad. De båda protonstrålarna kommer att spruta rakt ut ur, respektive rakt in i bildens mitt. Inga detektorer är monterade ännu. Bild: CERN.

När två protoner möts i ljusets hastighet, trasas de sönder i sina fundamentala delar: kvarkar, higgsbosoner och så vidare, men dessa är kortlivade. Efter någon femtosekund har de rekombinerat till världsliga partiklar som fotoner, gammastrålning, elektroner, neutriner och så vidare, som far utåt i detektorn och registreras allt efter som de slår igenom lager på lager med detektorer. Ju längre ut man kommer från centrum, desto tyngre blir detektorerna och desto energirikare måste partiklarna vara för att orka ända ut.

Varje träff i en detektor ger upphov till träffdata, tid, plats etc som transporteras ut på 130.000 optiska fibrer. Det mesta av datat slängs dock innan det hunnit fram till datorhallen. Det finns en serie filter-datorer som kan undersöka data från partikelkrockarna och säga: trist, trist, släng, dåligt, tråkigt, det har vi sett, den var bra – spara, trist, trist, osv. På så sätt kan man reducera utdata från Atlas från rådataströmmens en petabyte per sekund, ned till 500 megabyte per sekund.

Men därefter tillkommer allt mätdata från de andra detektorerna på LHC-ringen och då är man uppe i flera gigabyte per sekund.

Under de senaste 20 åren har CERNs datacenter har spelat in över 100 petabyte fysikdata. Kollisioner i LHC genererade cirka 75 PB av dessa data under de senaste tre åren. Med alla detektorer tagna tillsammans lagrar nu CERNs hårddiskar 6 gigabyte per sekund (inte gigabit), men man kan klara 10 GBps om det behövs. Data delas mellan två lagringsplatser: CERN i Genève och Wigner Data Centre i Budapest. De båda delar på en kapacitet av 140 PB och data flödar hela tiden.

Hela 38 länder vill kunna ta del av utdata från CERN. Listan på namn börjar med Argentina och slutar med USA. Det är inte underligt att NORDUnet har en samtrafikpunkt hos CERN för att kunna ta hem forskningsdata till Sverige på ekonomiskast möjliga sätt.

Beräkningar

Vad är det man beräknar, som är så viktigt?

higgshändelse
Higgshändelse i Atlas. Bild: CERN, CC BY-SA 3.0

Den här sortens bild är du säkert bekant med? Den visar en kollision i detektorns centrum. Vad som har hänt är att en av 10^11 protoner i ett protonpaket med 30 centimeters längd har träffat en annan proton som kom från andra hållet i ljusets hastighet, så allvarligt att de båda gick sönder och åstadkom en skur av splitter.

När man ska förstå kollisionen måste man med hjälp av detektorns träffdata försöka rekonstruera partikelns väg (orange banor) tillbaka till kollisionen och dessutom ta reda på vilken sorts partikel det är, hur snabb och tung den är och vilken laddning den har, genom att väga in vilka detektorelement (orange, blå och gröna block) som påverkades. Detektorn är en samling av fler än 100 miljoner enskilda detektorelement, som registrerar splittrets väg.

Allt träffdata transporteras ut i världen och stoppas in i simulatorprogram som körs på olika universitet, där rekonstruktionerna utförs. Programmen utarbetar banorna för allt partikelsplitter och hittar en gemensam punkt som allt kom ifrån. Därefter får man reda på vilka partiklar det var och deras energier. Var det något man letade efter, till exempel en skur som tagen tillsammans representerar energin 125 gigaelektronvolt, så har man sin Higgspartikel. Nästan så enkelt är det.

Det här kräver massor av datakraft, varför det sysselsätter oerhörda mängder datorer över hela världen.

WWW

CERN är också ursprunget till hyperlänkarna och begreppet World Wide Web. Tim Berners-Lee hittade på det 1989 för att kunna dela information mellan forskare och det hela resulterade i den allra första webbplatsen år 1991. Sen har det, som man säger, bara flutit på.

Läs mer

Resultatet av en simulation: http://techworld.idg.se/2.2524/1.623786/krocken-gav-klarhet—sa-hittades-higgspartikeln

Vill du själv bidra till CERNs simulationsarbete och lasta ned Internet ytterligare? Var med på CERN 60 Public Computing Challenge: http://home.cern/about/updates/2014/12/take-part-cern-60-public-computing-challenge Avsikten är att försöka få upp takten i simulationerna tills man till slut kan simulera lika fort som kollisionerna uppstår, alltså 40 megahertz. Det kommer att bli en formidabel belastning på webben, och inte minst på Géant, NORDUnet och SUNET.

Fler blogginlägg av Jörgen Städje

DNS och DNSSEC utan facksnack

30 Jan 2018
/ Bloggen fiberfeber

Från oss alla, till er alla

14 Dec 2017
/ Bloggen fiberfeber

Så arbetar NOC

13 Nov 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNET i Hongkong

20 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNETs handbok i informations- och IT-säkerhet

1 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

Den ökända hästen från Troja

31 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

Redundans är allt

3 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

SNIC-snack

2 Jun 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff: del 5 av 2

3 Maj 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: We are at the Forefront!

13 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: Vi ligger i framkant!

10 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 4 av 2

22 Feb 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 3 av 2

30 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 2 av 2

9 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 1 av 2

16 Dec 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long Read – Cleanliness is a Virtue

20 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Långläsning - tvättar bäst som tvättar först

16 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Följa fiber – från Tulegatan till Stockholms universitet.

26 Aug 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ericsson, then swänske Lars Magnus

7 Jun 2016
/ Bloggen fiberfeber

One ring to rule them all

24 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Den tunga bakgrundstrafiken

12 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long read: How to Design a Fibre Optic Network

5 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Welcome to the Fiber Fever Blog!

3 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Procuring an Optical Network – Smooth as Silk

2 Maj 2016
/ Blogg

The Breadth and Width of a Megabit

29 Apr 2016
/ Blogg

The Nobel Prized Piece of Glass

28 Apr 2016
/ Blogg

What’s the time? Really?

28 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (3) – molnsäkerhet

26 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (2) – vad är molnet egentligen?

25 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (1) – det här får du

25 Apr 2016
/ Blogg

Read about the brand new Sunet network.

11 Apr 2016
/ Bloggen fiberfeber

GÉANT och NORDUnet – bästa kompisar

14 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ljuset kommer från Tyskland

3 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Thunderbirds are GO!

19 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ett panorama av verkligheten

17 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Det allseende ögat

15 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Förstärkning på längden

15 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Dämpning och förstärkning i optisk fiber

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Grundläggande om L-bandet

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

C-bandet – grundläggande om

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Logaritmer, min käre Watson

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Riksarkivets samarbete med SUNET

11 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

One Ring to Rule them - Vetenskapsrådet

21 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Alla jättars jätte - Cisco

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En värld av siffror - belastning

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Ur led är inte alls tiden - atomur

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En djungel av kontaktdon

4 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Elektronisk enbärsdricka - Juniper

27 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är Géant?

26 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Radar Love - Eiscat

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Color Purple - dispersion

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Full Metal Packet - switchen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Get your kicks on route 66 - routrar

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Game of Stones - kvarts

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Twilight Zone - fotonen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Peering – SUNETs ekonomiska ryggrad

9 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

I mörkret är alla katter infraröda

4 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibertyperna i nätet och deras optiska felaktigheter

29 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är klockan? Egentligen?

21 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Nätets centrum

20 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Den optiska transceivern

17 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Polarisation och informationsöverföring

1 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Laserns historia

30 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Koherent ljus, vad är det?

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

När allt är klart

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

SUNET – nu ännu bättre!

16 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibern fruktar fukten

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Att få kontakt

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Så tillverkas optisk fiber

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

EMC – EMI – EMP

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Glasbiten som gav nobelpris

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Megabit på längden och tvären

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Fibern från Frostmofjället

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Upphandling av optiskt nät

25 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

OptaSense – när fiber blir sensorer

3 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med ramanförstärkare

2 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk utvikning: 130.000 fibrer som i en liten ask

1 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 2: Felrapporter

27 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 1: hög belastning

26 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med EDFA

22 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Så designar man ett fiberoptiskt nät

11 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Bredare motorväg för svenska data – äntligen en offensiv satsning!

22 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva tidslinjen

21 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva kartan

20 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fiberfeber: Vad som har varit och vad som komma skall

19 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Följ bygget av Sunets nät på bloggen Fiberfeber!

18 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: den mystiska routerkraschen

11 Jun 2006
/ Bloggen fiberfeber

2000–2013: Sunet mognar och kapaciteten ökar. Identitetsfederation skapas.

1 Jan 2000
/ Bloggen fiberfeber

1990–1999: Kapaciteten stiger, 2 – 34 – 155 Mbps

1 Jan 1990
/ Bloggen fiberfeber

1968–1989: Idéernas tidevarv. Internets vagga.

1 Jan 1968
/ Bloggen fiberfeber

Jörgen Städje

Jag heter Jörgen Städje och har skrivit om teknik och vetenskap sedan 1984. Friskt kopplat, hälften brunnet!