cern m kirilova_1

Технологии в ЦЕРНПредставя: Мария Кирилова

М. Кирилова 10.2015

1. Какво е ЦЕРН?


Всъщност е много повече…


Какво прави ЦЕРН?

• Търси отговори на фундаментални въпроси за Вселената• Разширява предела на технологиите• Подготвя утрешните учени• Обединява нации чрез наука


Началото за ЦЕРН и България в ЦЕРН

1954г: Създаден от 12 европейски държавиОбединява усилията на европейските държави за изследвания за мирни цели в областа на физикатаСега: Eвропейска Oрганизация за Изследвания в Областта на Физика на Елементарните Частици Най-големият комплекс от ускорители в света 11 юни 1999г:България става официална страна 20–ти член на CERN от 21 страни


Сега• ~ 2300 щатни служители• ~ 1600 асоциирани служители• ~ 10500 участници по проекти• Бюджет (2014) 1000 MCHF


България – колаборатор с CERN

Физика, сътрудничество започнало през 1975г. - NA4 и 80те - L3 :

Институт за ядрени изследвания и ядрена енергетика,

Българска академия на науките

Факултет по физика, СУ “Св.Климент Охридски”

Физически Факултет, ПУ “Паисий Хилендарски”

Инженерни проблеми, сътрудничество започнало през 1987г – L3:

Институт по системно инженерство и роботика,

Българска Академия на Науките


Статутът на страна член на CERN дава възможност на българи

Да работят в CERN и да дадат своя принос в изследователските дейности на CERN:

Служители на CERN - физици, инженери, софтуерни специалисти и др.

Участници по проекти изпратени от български университети и научни институти

Да участват в програми за обучение

За 2014:Служители на CERN - 12

Млади специалисти – 7

Асоциирани сътрудници - 6

Студенти и докторанти - 3

Летни студенти - 2

Участници по проекти (users) - 75


От какво е съставена Вселената?

Тъмна енергия73%

Тъмна материя23%

“Нормална материя” 4%


През 2004 г. производството на няколко трилионни от един грам антиматерия е струвало на ЦЕРН 20 милиона долара. При това равнище на производство произвеждането на един-единствен грам антиматерия ще струва 100 квадрилиона долара, а антиматерийният завод ще трябва да работи непрекъснато в продължение на 100 милиарда години! Това прави от антиматерията най-скъпата субстанция в света. Из «Физика на невъзможното» Мичио Каку


Какво не знаем?

Познаваме само около 4% от съдържимото наблюдаемата Вселена

От какво е съставена тъмната материя?Защо Вселената се разширява с постоянно ускорение?Кой е източника (каква е природата) на тъмната енергия?Защо във Вселената има само материя?Къде и кога е изчезнала антиматерията?


AD (Antiproton Decelerator)


Изучаване на елементарните частици и техните взаимодействия


Hubble ALMA

VLT

WMAP

АтомПротон

Големият Взрив

Радиус на Земята

Радиус на Галактиките

Разстояние отЗемята до Слънцето

Вселена

cm• Изучаване физичните закони от първия момент след Големият Взрив Симбиоза между Физика на елементарните частици,Астрофизика и Космология

Свръх Микроскоп

LHC


Ускорителен комплекс ЦЕРН

0.3c 0.87c

0.999999c


LHC:Дълбочина от 50 до 175 m под френско-швейцарската граница в близост до Женева

Конструкцията съдържа 1624 свръхпроводящи електромагнита, всеки с дължина 15 метра и тегло над 30 тона (насочват протоните), които работят при температура 1,9 K (–271,25 °C)

Детектори на частици:ATLAS, CMS, ALICE, LHCb


LHC (Large Hadron Collider) e…най-бързата писта в света..Трилиони протони се движат по 27 километрово трасе със скорост близка до скоростта на светлината в противоположни посоки, правейки 11000 обиколки в секунда. най-празното място в слънчевата система…За да се ускорят протоните до толкова висока скорост е необходим вакуум като този в междупланетното пространство.На луната има 10 пъти по-плътна атмосфера отколкото в LHC.

най-горещата точка в галактиката…Когато два протона се сблъскват те генерират температура 1000 000 пъти по-висока от тази в центъра на Слънцето.

най-студеното място във Вселената , 120 t течен He при 1.9 K

машина на предния фронт на физиката и на предния фронт на технологията


Магнитно – Криостатен монтаж & Тест

Фото: М. Кирилова


Магнитно – Криостатен монтаж & Тест


LHC и Детектори - брилянтен старт и невероятен работен режим през 2010 – 2013 (период 1- Run1)

CMS

ALICE: Pb-Pb

LHCb

http://aliceinfo.cern.ch/static/Pictures/pictures_High_Resolution/wwwFirstPbPb/ev4796_RPhi.png


ОкабеляванеКабели: 304 артикула отговарящи на 2620 барана с обща дължина от 1 486 413 метра

Основни групи:Стандартни;Устойчиви на радиация;Пожароустойчиви;

CERN е една от първите институции в Европа, която е използвала оптичните влакна за телекомуникации. За първи път преди 32г. инсталирано между Превесан и Мера то е било най-дългото оптично влакно в Европа по това време.


Зала за управление на ускорителите в CERN


ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Детектор

Брой на учените:

>3000

Брой институти:

174

Брой страни:

38


ATLAS Каверна


ATLAS

Фото: М. КириловаМария Шиякова (RU) в ATLAS


CMS Детектор

Мюонен барабан

Silicon MicrostripsPixels

ECAL Scintillating PbWO4 crystals

Cathode Strip Chambers Resistive Plate Chambers

Drift Tube Chambers

Resistive Plate Chambers

СвръхпроводимиНамотки

Желязна скоба

Тракер

Мюонна Камера

Общо тегло: 14,000 tВъншен диаметър : 15 mОбща дължина : 21.6 m

Магнитно поле : 4 Tesla

HCALPlastic scintillator/brasssandwich

КалориметриCMS = Компактен Мюонен Соленоид

Брой учени:

3820

Брой институти:

182

Брой страни:

42


Контролен център на CMS

Българското мястоФото: М. Кирилова


CMS

На 100м под земята до CMS детектора с Иван Глушков(СУ)Аварийни стълбиФото: М. Кирилова


13.05.2012 CMS експеримент


CMS прави “цифрова снимка” 40 милиона пъти в секунда


Откритие 2012Нобелова Награда по Физика 2013

Присъдена на François Englert и Peter W. Higgs ”за теоретичното откритие на механизъм, помагащ за разбиране произхода на масата на елементарните частици, който наскоро е подтвърден чрез наблюдението на предсказаната фундаментална частица от експериментите ATLAS и CMS на големия адронен колайдер в CERN”.


LHC (втори период - Run2)LHC започна отново да ускорява и сблъсква протони в четирите експеримента с рекордната енергия от 13 TeV от 3-ти юни 2015


54

Иновации и технологии

Инженерни

предизви-кателства

Магнитни модули

Съхраняване на

антиматерия

Вакуумни инсталации

Свръхпровод-ници

Криогенни инсталации

Високичес-тотни

камери


Приложения в медицината

PET/СТ скенер PET използва антиматерия(позитрони)

УМБАЛ ”Света Марина” – Варна УМБАЛ Александровска - София



Адронна терапияУскорители на елементарни частици - разработени във физични лаборатории се използват в болници

Courtesy of IBA

Tumour Target

Protonslight ions

>70’000 пациенти

X-ray protons



Протонна терапия


AMS експеримент

Алфа-магнитният спектрометър на Международната космическа станция направи наблюдения, които може да се окажат първите свидетелства от мистериозната съставка на Вселената, известна като тъмна материя. Експериментът е на стойност 2 млрд долра.



WWW – 1989г от Тим Бърнърс-Лий

The World Wide Web - създадена в ЦЕРН Осигурява непрекъснат достъп до милиони сайтове с информация в различни географски райони



Малко история

Първият сървър 1991г.

Фото: М. Кирилова и Албена Павлова


От волт към байтСигналът от всяка клетка (~16 милиона) се обработва от високо интегрирана електроника;

Електрическият сигнал се оцифрова, за да се обработи след това от компютър;

Информацията се предава по оптически кабели.


Поток от данни в ALICE

миграция

оптическикабели

Тригер

Детектори Части от събития композиране напълни събития

дисков буфер

Бърза реконструкцияКомпресиранеТригер от високо ниво

оптическикабели

РеконструкцияМоделиранеАнализ

Детектор V0


Данните

Колко данни се създават? ( CMS)1 MB / събитие40 MHz честота на сблъскване (40 000 000 събития / секунда)40 ТB/ секунда!! (106 PB / година)

Колко можем да се запишат (CMS)?Максимум 1 000 събития / секунда

Колко данни записват общо? (LHC)30 PB/година

Аналог :9 милиона HD филмаЗаписани на CD-та образуват кула с височина 20 кмПовече от половината от всичко написано от човеството на всички езици


Намаляване на данните и софтуер

Тригерно ниво 1:Намалява потока от данни от 40 млн. на 100 000 събития в сек.

Тригер от високо ниво :Софтуер: Набор от алгоритми, имплементирани с оптимизирана версия на стандартния пакет за обработка на данните на CMS (CMSSW). Състои се от ~ 2500 модули (C++) , изпълнени в различна последователност и с различна конфигурация (python)Намалява потока на данни до 1000 събития в секунда


DATA CENTRE



IT Услуги(непълен лист)

Комютърни ресурси за данните от експериментите на LHCИнфраструктура за експериментитеРесурси за локални изчисления и съхранение на данниПоддръжка и развитие на програмната и хардуерната обезпеченост на работата на лабораторията

Статистика11207 сървъра115 279 ядра131 796 ТБ хард дискове90 000 ТБ лентови носители8 MW елекрически капацитет

Необходими са 5 пъти повече ресурси


GRIDGrid computing (англ.) – компютърни ресурси намиращи се на различни места работещи за постигане на обща задачаКакво е WLCG?

Глобална изчислителна инфаструктура, целяща да снабдява с ресурси за съхраняване, разпределение и анализиране на данните, генерирани от експериментите на LHC, като подсигурява достъпа до тях за всички партньори независимо от географското им местоположение.

Състои се от следните локални GRID системи:

Европейска GRID инфраструктура (Европа)GRID за общодостъпна наука (САЩ)Скандинавски GRID

ЦЕРН и Вигнер20%

13 центъра40% 160 центъра

40%

https://espace2013.cern.ch/WLCG-document-repository/images1/WLCG/WLCG-TiersJun14_v9.png


GRID

• Основни елементи:– Мрежови компоненти– Хардуер– GRID програмно обезпечение (middlewear)– Програми за обработване на данни от експериментите

• Статистика:– 40 държави– 170 изчислителни центъра– 2 милиона изчислителни задачи на ден– 10 ГБ/сек глобална скорост– Над 10 000 потребителя


GRID

Мрежова инфраструктура


GRID

ALICE GRID


GRID

Центрове в Европа


Археология Астрономия Астрофизика Гражданска защита Компютърна химия Науки за земята Финанси Ядрен синтез Геофизика Физика на високите

енергии Обществени науки Медицина

GRID приложения


Използвани CAD системи

AutoCAD

SolidWorks

Euclid

Cobalt


Използвани CAD системи

I-DeasCATIA


Стъпки на Създаване на 3D План

3D Детайлен модел



3D Детайлен модел


БД за структурата на машинитеSmarteam


2008 2011 2014


Обучения на ученици


Учебни ресурси

Scientix е проект, управляван от Европейската Училищна Мрежа http://www.scientix.euЕвропейска Училищна Мрежаобслужване на училища, научни изследвания и иновации, споделяне на ресурси за обучениеhttp://www.eun.org/

Игри за децаhttp://www.cernland.netУчебни ресурси на ATLAShttp://www.atlas.ch/multimedia/#higgs-discovery

Мастерклас MINERVAhttp://atlas-minerva.web.cern.ch/atlas-minerva/

HIPATIA образователен проект за ученици за физиката на елементарните частициhttp://hypatia.phys.uoa.gr/

Възможност учениците да правят експерименти в онлайн лабораторииhttp://www.golabz.eu/

Интерактивни симулацииhttp://qs-project.ea.gr

Образователен уебсайт на CERN http://education.web.cern.ch/education/

http://www.scientix.eu/

http://www.scientix.eu/

http://www.eun.org/

http://www.eun.org/

http://www.cernland.net/

http://www.cernland.net/

http://www.atlas.ch/multimedia/#higgs-discovery



http://atlas-minerva.web.cern.ch/atlas-minerva/



http://hypatia.phys.uoa.gr/

http://www.golabz.eu/

http://www.golabz.eu/

http://qs-project.ea.gr/

http://qs-project.ea.gr/

http://education.web.cern.ch/education/

http://education.web.cern.ch/education/


ИзточнициПрезентации от квалификацията за учители в ЦЕРН Лектори:• Роман Захариев• Светломир Ставрев• Пламен Ияджиев• Ландър Литов• Александър Христов• Мирослав Атанасов• Петър Ванков• Георги Анчев

Гидове: • Александър Христов• Иван Глушков• Мария Шиякова• Васил Василев• Димитър Младенов

• Георги Митев• Димитър Младенов• Катя Сергиева• Петър Христов• Георги Георгиев• Цветелин Кръстев• Фани Валчкова• Иван Глушков• Конрад Дженде


IdeaSquare



Вдъхновения в CERN



Вдъхновения в CERNИзглед от хостела



Вдъхновения в CERN

CERN сбъдва желания

cern m kirilova_1

Education