CERNの仕組み

40年以上前、英国の理論物理学者Peter Higgsと彼の同僚は、この特定の素粒子とそれに関連する場が物質に質量がある理由であると提案していました。科学者が21世紀にヒッグスの理論を確認したとき、それは宇宙がどのように機能するかについての窓を開きました。それはアインシュタインと他の多くの人々が研究に人生を捧げてきました。

この発見は科学の勝利を表しています。それでも、研究者たちは望遠鏡を通して見たり、宇宙船から収集されたデータを分析したり、アインシュタインの有名な思考実験の1つを実行したりすることによってではなく、発見をしました。彼らは、世界中の衝突型加速器、特にスイスのジュネーブにあるCERNでの数十年にわたる骨の折れる研究を通じて、ヒッグス粒子を発見しました。 CERNは、ConseilEuropéenpourlaRechercheNucléaire（または欧州原子核研究機構）の略です。

ヒッグス粒子の寿命は非常に短いため、彼らの研究は骨の折れるものでした。まばたきするよりもはるかに短い時間で小さな粒子に分解します。科学者はヒッグスを検出するために彼らのつま先に立っていなければなりませんでした。試行錯誤、多幸感、絶望を通して、CERNの科学者たちは、とらえどころのない粒子を追いかけて数十年にわたって100億ドルを費やしました[出典：Overbye ]。

この発見により、CERNがトップページに掲載されました。それでも、ほとんどの人は、CERNの科学者が実際に何をしているのかまだわかりません。私たちはそれを手伝うことができます。

1. CERNの内部
2. 心臓のハドロン（衝突型加速器）
3. CERNデータの分析：今ではそれは大きな仕事です

CERNは1950年代から存在しています。第二次世界大戦の終わりに、ヨーロッパは混乱し、その科学界は混乱していたことを思い出してください。ヨーロッパから引き抜かれた多くの人々を含む米国の科学者たちは、物理学の主導権を握っていました。 1949年、フランスの量子物理学者ルイ・ド・ブロイは、ヨーロッパが多国籍の原子物理学研究所を設立することにより、その科学的栄光を取り戻そうとすることを提案しました。

数年後、CERNはジュネーブのすぐ外で生まれ、建設されました。12の創設国には、ベルギー、デンマーク、フランス、西ドイツ、ギリシャ、イタリア、オランダ、ノルウェー、スウェーデン、スイス、英国、ユーゴスラビアが含まれていました。2014年1月の時点で、イスラエル、ポーランド、フィンランドを含む21か国がCERNのメンバーであり、それぞれが意思決定機関であるCERN評議会に2議席を獲得していますが、そのような決定には1票しか投票していません。2014年のCERNの事務局長であるRolfHeuerは、基本的にリーダーとして機能します。

米国は加盟国ではなく、オブザーバー国です。つまり、会議に出席して情報を入手することはできますが、CERNの問題に投票することはできません[出典：CERN ]。（米国と言えば、いくつかのLHCコンポーネントの建設に5億3100万ドルを寄付しました。）

CERNの仕事は、宇宙がどのように機能するかを調べることでした。大したことじゃないですよね？科学者たちは、この記念碑的な仕事を達成するための最良の方法は、亜原子粒子を互いに叩きつける巨大な機械を作ることであると決定しました。これらのいわゆるアトムスマッシャーが、宇宙が誕生した直後の時代を研究者に垣間見せてくれることを願っていました。したがって、CERNは1957年に最初の加速器であるシンクロサイクロトロンの製造を開始しました。シンクロサイクロトロンは墜落し、33年間の使用に向けて崩壊しました。 CERNは現在、スイスとフランスの国境にまたがる複合施設で、いくつかの加速器と1つの減速機を運用しています。実験の費用は加盟国に分散しています[出典：エクスプロラトリアム、CERN ]。

2014年までに、2,400人のフルタイム従業員と1,500人のパートタイマーがCERNで働いていましたが、600以上の研究所や大学がその施設を使用して、反物質、ブラックホール、イベントなどのさまざまな謎を解明し始めることができました。それはビッグバンのほんの一瞬後に起こった。さらに、113か国から10,000人の科学者（地球上のすべての素粒子物理学者の半分）が毎年CERNに立ち寄って研究を行っています。そして、それは科学者だけではありません。人々は、エンジニア、実験物理学者、さらには会計士を含むさまざまな仕事で働いています。他の国の上級科学者は常に考慮されていますが、加盟国の科学者は最初にその位置に亀裂を入れます[出典：エクスプロラトリアム、CERN ]。

世界をつなぐ

1989年、英国の科学者であるTim Berners-Leeは、ハイパーテキスト転送プロトコル（http）を開発することにより、ワールドワイドウェブの発明を支援しました。Berners-Leeは、世界中の科学者がデータを共有できるように、インタラクティブなコンピューターのネットワークを作成することに熱心でした[出典：CERN ]。

CERNの中心には、世界最大かつ最も強力な粒子加速器、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）と呼ばれる原子粉砕機があります。（それはそれ自身の記事を持っているほど大きいです。）LHCは超伝導磁石の17マイル（27キロメートル）のリングと銃を通して弾丸のように装置を通して高エネルギー粒子を発射する一連の加速器でできています。地下328フィート（100メートル）に位置する衝突型加速器は、陽子のビームを一方向に発射し、別のビームは反対方向に移動します。

カブーム！カブラーム！スプラット！

必要な感嘆符を使用してください。最高速度では、粒子は光速99.9999991パーセントでそれぞれに衝突します[出典：CERN ]。陽子が互いに衝突するたびに、他の粒子の複雑なスプレーが作成されます。これらの粒子の多くは1秒未満しか持続しませんが、科学者が追跡できる素粒子のパン粉の痕跡を残します。その道をたどるために、科学者は2つの非常に複雑な検出器に依存しています。これにより、科学者は私たちの宇宙の基本的な構成要素を見ることができます。

それらの検出器の1つはATLASです。長さ約148フィート（45メートル）、高さ82フィート（25メートル）のこの機械は、ヒッグス粒子を見つけるのに役立ちました。ATLASはノートルダム大聖堂（大学ではなく大聖堂）の半分の大きさで、エッフェル塔（ラスベガスではなくパリにあるもの）と同じくらいの重さがあります。CERNの科学者は、ATLASと他の検出器（ALICE、CMS、LHCb、LHCf）を使用して、他の次元が存在するかどうかなど、SFの本でのみ読んだものを研究します。宇宙にはどのような種類の統一力があるのか​​。暗黒物質の証拠がある場合。ヒッグス粒子の謎を解くのに専念したのは、ATLASとCMSの2つの検出器だけでした。LHCでのすべての実験は明確であり、科学者の世界的な協力チームによって実行されます[出典：ATLAS、CERN]。

ほぼ光速で粒子を粉砕することは1つのことです。それらの衝突からのデータを解釈することは別です。粒子はLHCで1秒間に6億回近く衝突します[出典：酒井]。これらの衝突から噴出する情報は、原子の内部の働きと原子をまとめる力についてのボリュームを教えてくれますが、検出器からのすべての情報を記録することはできません。たとえば、CERNがそうした場合、ATLASは毎秒100,000枚のCDにデータを入れることができます。代わりに、ATLASは、他の検出器と同様に、情報の「smidgen」のみを記録できます。これは、1分あたり27枚のCDを挿入するのにほぼ十分です[出典：ATLAS ]。

その数は入手可能な情報のほんの一部ですが、それでも圧倒的な量です。検出器は、見つけたものをCERNデータセンターに転送します。CERNデータセンターでは、技術者と研究者がコンピューターを使用して、各衝突をデジタルで再構築します。再構築中、科学者は粒子がどのように振る舞うかについての理論をテストしました。彼らは、コンピューターでシミュレートされた衝突を実際の衝突と比較します。両者の格差は、説明のつかない新しい科学を意味しているのかもしれません[出典：酒井]。

データセンターは毎日、1ペタバイトの情報を処理します。すべての情報をペタバイト単位で保持するには、223,000枚のDVDが必要です[出典：McKenna ]。物事をより困難にするために、科学者は毎年30ペタバイトを調べます。これにより、新しい科学を見つけるのが非常に困難になります[出典：CERN、McKenna ]。

これらの驚異的な数を考えると、CERNのデータハブはそのような数をすべて単独で処理することはできません。代わりに、科学者は、地球最大のコンピューティングネットワークであるWorldwide LHC Computing Gridに依存しています。これは、40か国にある170のコンピューターセンターの協会です。グリッドは、「これまでに科学のために構築された中で最も洗練されたデータ収集および分析システム」として宣伝されています。1日に200万を超えるジョブを実行し、サーバーから毎秒10ギガバイトのデータを転送できます。グリッドがなければ、ヒッグス粒子は発見されなかったかもしれない[出典：WLCG ]。

アインシュタインに関しては、CERNで何が起こっているのかを知っていれば、つまり、彼の友人が1955年にデラウェア川に灰を広げていなかったとしたら、彼は墓の中で揺れ動いているでしょう。

アトミックバケーション

ジュネーブで休暇をとっている場合は、CERNを無料でツアーできますが、必ず最初にWebサイトにアクセスして、リクエストを送信してください。パスポートまたは身分証明書を忘れないでください。また、ハイヒールの靴、サンダル、ビーチサンダルと一緒に、13歳未満の子供（グループツアーの場合）を家に置いておきます。どちらも喫煙できません[出典：CERN ]。

著者のメモ：CERNのしくみ

私がアインシュタインを参照するのは、彼が世界に教えたことのほんの一部さえ理解しているからではなく、今日の科学者がアインシュタインの仕事に基づいて構築しようとしているからです。アインシュタインが研究に多くの時間を費やしたことの1つは、原子と光がどのように振る舞うかでした。彼の理論は最終的にヒッグス粒子の存在と発見につながりました。

関連記事