CERN 작동 방식

40여 년 전, 영국의 이론 물리학자인 Peter Higgs와 그의 동료들은 이 특정 소립자와 관련 장이 물질에 질량이 있는 이유라고 제안했습니다. 과학자들이 21세기에 힉스의 이론을 확인했을 때, 그것은 아인슈타인을 비롯한 많은 사람들이 연구에 평생을 바쳤던 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 창을 열었습니다.

발견은 과학의 승리를 의미했습니다. 그러나 연구원들은 망원경을 통해 보거나 우주선에서 수집한 데이터를 분석하거나 심지어 아인슈타인의 유명한 사고 실험 중 하나를 수행하여 발견한 것이 아닙니다 . 그들은 수십 년 동안 전 세계 충돌기, 특히 스위스 제네바의 CERN에서 힘든 연구를 통해 Higgs를 찾았습니다. CERN은 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (또는 유럽 핵 연구 센터)의 약자입니다.

힉스 입자의 수명이 극도로 짧기 때문에 그들의 연구는 고심했습니다. 깜박이는 시간보다 훨씬 짧은 시간 에 더 작은 입자로 분해됩니다 . 과학자들은 힉스를 탐지하기 위해 정신을 차려야 했습니다. 시행착오, 행복감, 절망을 통해 CERN의 과학자들은 수십 년 동안 파악하기 어려운 입자를 쫓는 데 100억 달러를 썼습니다[출처: Overbye ].

발견은 CERN을 첫 페이지에 게재했습니다. 그러나 대부분의 사람들은 여전히 ​​CERN의 과학자들이 실제로 하는 일을 모릅니다. 저희가 도와드릴 수 있습니다.

1. CERN 내부
2. 심장의 강입자(충돌기)
3. CERN 데이터 분석: 이제 중요한 작업입니다.

CERN은 1950년대부터 존재해 왔습니다. 제2차 세계 대전 이 끝날 때 유럽은 엉망이었고 과학 커뮤니티는 엉망이었음을 기억하십시오. 유럽에서 뽑힌 많은 사람들을 포함하여 미국의 과학자들은 물리학을 주도했습니다. 1949년 프랑스 양자 물리학자 루이 드 브로이(Louis de Broglie)는 유럽이 다국적 원자 물리학 연구소를 만들어 과학적 영광을 되찾기 위해 노력할 것을 제안했습니다.

몇 년 후 CERN이 제네바 바로 외곽에서 탄생하여 건설되었습니다. 12개의 건국 국가는 벨기에, 덴마크, 프랑스, ​​서독, 그리스, 이탈리아, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴, 스위스, 영국 및 유고슬라비아를 포함합니다. 2014년 1월 현재 이스라엘, 폴란드, 핀란드를 포함한 21개국이 CERN의 회원이며 의사결정 기구인 CERN 위원회에서 각 2석을 얻지만 그러한 결정에 대해서는 1표의 표를 얻습니다. 2014년 CERN의 사무총장인 Rolf Heuer는 본질적으로 리더 역할을 합니다.

미국은 회원국이 아니라 옵서버 국가 , 즉 회의에 참석하고 정보를 얻을 수 있지만 CERN 문제에 대해 투표할 수 없는 국가입니다[출처: CERN ]. (미국의 경우 여러 LHC 구성 요소를 건설하는 데 5억 3,100만 달러를 기부했습니다.)

CERN의 임무는 우주가 어떻게 작동하는지 알아내는 것이었습니다. 별거 아니지? 과학자들은 이 기념비적인 작업을 수행하는 가장 좋은 방법은 아원자 입자를 서로 충돌 시키는 거대한 기계를 만드는 것이라고 결정했습니다 . 희망은 이 소위 원자 분쇄기가 우주가 탄생한 직후의 시간을 연구원들에게 엿볼 수 있게 하는 것이었습니다. 이에 따라 CERN은 1957년에 최초의 가속기인 Synchrocyclotron을 만들기 시작했습니다. CERN은 현재 스위스와 프랑스 국경에 걸쳐 있는 건물 단지에서 여러 가속기와 하나의 감속기를 운영하고 있습니다. 실험 비용은 회원국에 분산되어 있습니다[출처: Exploratorium , CERN ].

2014년까지 2,400명의 정규직 직원과 1,500명의 시간제 근로자가 CERN에서 일하고 있었고, 600개 이상의 연구소와 대학이 시설을 사용하여 반물질 , 블랙홀 및 이벤트와 같은 다양한 미스터리를 풀기 시작했습니다. 빅뱅 직후 일어난 일 입니다. 또한 113개국에서 10,000명의 과학자(지구상의 입자 물리학자의 절반)가 매년 연구를 위해 CERN에 방문합니다. 그리고 그것은 과학자들만이 아닙니다. 사람들은 엔지니어, 실험 물리학자, 회계사 등 다양한 직업에서 일합니다. 다른 국가의 선임 과학자는 항상 고려되지만 [출처: Exploratorium , CERN ] 회원국의 과학자는 한 직책에서 첫 번째 크랙을 얻습니다 .

세상을 연결하다

1989년 영국 과학자 Tim Berners-Lee는 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(http)을 개발하여 World Wide Web을 발명하는 데 도움을 주었습니다. Berners-Lee는 전 세계의 과학자들이 데이터를 공유할 수 있도록 대화형 컴퓨터 네트워크를 만들고 싶어 했습니다[출처: CERN ].

CERN의 중심에는 세계에서 가장 크고 강력한 입자 가속기인 LHC(Large Hadron Collider)라는 원자 분쇄기가 있습니다. (그것은 너무 커서 자체 기사 가 있습니다.) LHC는 총을 통해 총알처럼 장치를 통해 고에너지 입자를 쏘는 일련의 가속기 및 초전도 자석의 17마일(27km) 링으로 구성됩니다. . 지하 100미터(328피트)에 위치한 충돌기는 한 방향으로 양성자 빔을 쏘고 다른 빔은 반대 방향으로 이동합니다.

카붐 ! 카블람 ! 스플랫 !

원하는 느낌표를 사용하십시오. 최고 속도에서 입자는 광속 99.9999991%의 속도로 각 입자에 충돌합니다[출처: CERN ]. 양성자가 서로 충돌할 때마다 다른 입자의 복잡한 스프레이가 생성됩니다. 이러한 입자의 대부분은 1초 미만 동안 지속되지만 과학자들이 추적할 수 있는 아원자 빵 부스러기의 흔적을 남깁니다. 그 흔적을 따라가기 위해 과학자들은 두 개의 매우 복잡한 탐지기에 의존하여 우주의 기본 구성 요소를 볼 수 있습니다.

이러한 감지기 중 하나는 ATLAS입니다. 길이가 약 45미터, 높이가 25미터인 이 기계는 힉스 입자를 찾는 데 도움이 되었습니다. ATLAS는 노트르담 대성당(대학이 아니라 대성당)의 절반 크기이고 무게는 에펠탑(라스베이거스가 아니라 파리에 있는 것)만큼 큽니다. CERN 과학자들은 ATLAS 및 기타 감지기(ALICE, CMS, LHCb, LHCf)를 사용하여 다른 차원이 존재하는지 여부와 같이 공상과학 책에서만 읽을 수 있는 내용을 연구합니다. 우주에는 어떤 유형의 통합 세력이 있을 수 있습니까? 암흑 물질 의 증거가 있다면 . 힉스 입자의 미스터리를 푸는 데 두 개의 검출기인 ATLAS와 CMS만 사용되었습니다. LHC의 모든 실험은 고유하며 전 세계적으로 협력하는 과학자 팀에 의해 실행됩니다[출처: ATLAS , CERN].

거의 빛의 속도로 입자를 함께 부수는 것은 한 가지입니다. 이러한 충돌의 데이터를 해석하는 것은 또 다른 문제입니다. LHC에서 입자는 초당 거의 6억 번 ​​충돌합니다[출처: Sakai ]. 이러한 충돌에서 뿜어져 나오는 정보는 원자의 내부 작동과 원자를 함께 유지하는 힘에 대한 정보를 제공할 수 있지만 탐지기의 모든 정보를 확실히 기록할 수는 없습니다. 예를 들어 CERN이 그랬다면 ATLAS는 1초에 100,000개의 CD를 데이터로 채울 수 있었습니다. 대신 ATLAS는 다른 감지기와 마찬가지로 "미미한" 정보만 기록할 수 있습니다. 대략 분당 27개의 CD를 넣을 수 있을 정도입니다[출처: ATLAS ].

그 숫자는 사용 가능한 정보의 일부일 뿐이지만 여전히 압도적인 양입니다. 탐지기는 발견한 것을 CERN 데이터 센터로 전송합니다. 여기에서 기술자와 연구원은 컴퓨터를 사용하여 각 충돌을 디지털 방식으로 재구성합니다. 재구성하는 동안 과학자들은 입자가 어떻게 행동하는지에 대한 이론을 테스트에 적용했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션 충돌을 실제 충돌과 비교합니다. 둘 사이의 격차는 설명할 수 없는 새로운 과학을 의미할 수 있습니다[출처: Sakai ].

매일 데이터 센터는 1페타바이트의 정보를 처리합니다. 페타바이트에 모든 정보를 저장하려면 223,000개의 DVD가 필요합니다[출처: McKenna ]. 상황을 더 어렵게 만들기 위해 과학자들은 매년 30페타바이트를 파헤쳐 새로운 과학을 찾기가 엄청나게 어렵습니다[출처: CERN , McKenna ].

이러한 엄청난 숫자를 감안할 때 CERN의 데이터 허브는 이러한 숫자를 자체적으로 처리할 수 없습니다. 대신 과학자들은 40개국의 170개 컴퓨터 센터로 구성된 세계 최대 컴퓨팅 네트워크인 Worldwide LHC Computing Grid에 의존합니다. 그리드는 "지금까지 과학을 위해 구축된 가장 정교한 데이터 수집 및 분석 시스템"으로 알려져 있습니다. 하루에 200만 개 이상의 작업을 실행하고 서버에서 초당 10GB의 데이터를 전송할 수 있습니다. 그리드가 없었다면 힉스 입자가 발견되지 않았을 수도 있습니다[출처: WLCG ].

아인슈타인의 경우, CERN에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알았다면, 즉 그의 친구들이 1955년에 델라웨어 강에 그의 유골을 뿌리지 않았다면 무덤에서 흔들렸을 것입니다.

원자 휴가

제네바에서 휴가를 간다면 CERN을 무료로 둘러볼 수 있지만 먼저 웹사이트를 방문하여 요청을 제출해야 합니다. 여권이나 신분증을 잊지 마십시오. 또한 13세 미만의 자녀(단체 투어)는 굽이 높은 신발, 샌들, 슬리퍼와 함께 집에 두십시오. 둘 다 담배를 피우면 안 됩니다[출처: CERN ].

저자 노트: CERN의 작동 원리

내가 아인슈타인을 언급하는 이유는 그가 세상에 가르친 것을 조금이라도 이해하기 때문이 아니라 오늘날의 과학자들이 아인슈타인의 연구를 기반으로 구축하려고 하기 때문입니다. 아인슈타인이 많은 시간을 연구하면서 보낸 것 중 하나는 원자와 빛이 어떻게 행동하는지였습니다. 그의 이론은 궁극적으로 힉스 입자의 존재와 발견으로 이어졌습니다.

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