LHC - we'll see what Big Bang is

[KP580BE51]

[quote="sergeika"Если Хиггса найдут - это будет последнее крупное открытие. Конец великой эпохи. Вереница блестящих открытий длиною в столетие.[/quote]
Теор. физика будет завершена? Будет создана единая модель всего?

[sergeika]

Оно все в реальном времени обрабатывается? К примеру произошло столкновение, и сразу производится обработка результатов столкновения? Или произошло столкновение, приезжает ученый, берет чемодан с дисками, и едет к себе на суперкомпютер обрабатывать?

Еще интересно, а электроника внутри этого колайдера, не загнется еще до того как что-то обнаружит?

Столкновения происходят часто, примерно млрд раз в секунду. Количество каналов - только кремниевый трэкер имеет 6.3 млн каналов, плюс пиксельные детекторы, мюонные детекторы, калориметр и пр. Ни передать ни записать такое количество данных невозможно. Просто, пишется не все, поскольку далеко не все события содержат интересную информацию. Все данные (млрд раз в секунду) поступают в pipe-lines и там хранятся, проталкиваясь по pipe-lines, короткое время, пока не будет принято решение триггером 1-го уровня. Одновременно часть данных идет на триггер 1-го уровня. Он недалеко, там же под землей, чтобы не терять время на задержки в проводах (иначе pipe-lines пришлось бы делать слишком длинными). Триггер 1-го уровня смотрит, вылетели ли частицы (результат столкновения). Если частицы вылетели, то все данные по этому столкновению берутся из pipe-line memory и посылаются наверх. Это - кандидат на событие. На поверхности стоит "процессорная ферма" (триггер 2-го уровня) она в реальном времени реконструирует треки частиц и смотрит, есть ли там интересная физика. Относительно небольшое число кандидатов на событие является интересными. Это - события. Их получается примерно 100 в секунду. События пишутся, тут же создаются резервные копии. Это будет происходить непрерывно, год за годом. Ленты с данными, конечно, никто не возит - именно для этого в ЦЕРНе был придуман и разработан world-wide-web (концепция, протоколы, софт) в конце 80-х. Напомню, что первый веб-сервер на территории США заработал в SLAC в 1991 году, первый веб-браузер (freeware) был разработан в ЦЕРНе в 1992 году. Ну и суперкомпьютеров необходимой мощности пока не имеется - для обработки данных понадобятся вычислительные мощности эквивалентные десяткам тысяч современных станций. Поэтому ЦЕРН сейчас ведет работу на "гридом". Ожидается, что грид позволит эффективно соединять десятки тысяч компов в одну систему.

Вопрос радиационной стойкости, конечно очень важен, особенно для трекера, поскольку он расположен близко к пучку. И кремниевые детекторы и интегральные схемы будут деградировать. Испывали долго и детекторы и электронику. В частности, front-end chip разрабатывался одновременно у нас и в Кракове. Оба работали хорошо, у нашего был существенно выше выход годных, но европейский вариант оказался устойчивее к протонам. Вот эти чипы сейчас в АТЛАСе и стоят. Лет на восемь, вроде, должно хватить, а там и upgrade должен будет подоспеть.

[sergeika]

Теор. физика будет завершена? Будет создана единая модель всего?

Ну, не теорфизика - там сейчас все еще полно всяких модных штучек. Скорее, физика частиц. Да, с открытием Хиггса Стандартная Модель получит свой последний недостающий элемент. В каком-то смысле, это, действительно "модель всего". Но физики надеются, что это еще не конец. Возможно, что Стандартная Модель это частный случай какой-то более сложной системы, как это случилось когда-то с ньютоновской механикой. Признаки этого есть. Например, в Стандартной Модели нет гравитации. Кроме того, последнее время, по мере увеличения энергии пучков и совершенствования аппаратуры, физики все чаще начали наблюдать небольшие отклонения от Стандартной Модели, которым сейчас нет обьяснения. Раньше такого не было, раньше свойства, предсказанные Стандартной Модель подтверждались экспериментально с фантастической точностью. Ожидается, что в АТЛАСе таких отклонений будет наблюдаться больше.

[Hamster]

Теор. физика будет завершена? Будет создана единая модель всего?

Я не думаю, что единая модель всего может быть завершена на ускорителе. Все интересные элементы конечной теории находятся в районе Планковской энергии, никакой ускоритель туда не заберется.

На LHC должны быть заполнены многие пробелы в понимании физики частиц. Прежде всего, найти Хиггса и померять его массу . Важный элемент - суперсимметрия. Если она существует, LHC должен найти хоть какие-то суперчастицы. 99% развития теоретической физики частиц в последние 20 лет завязано на суперсимметрию ( MSSM, supergravity, струны). Если суперсимметрии не найдется, это будет довольно странно и очень неудобно и теоретикам придется копать в другие стороны. Если найдется, будет много работы - считать новые частицы (суперчастиц может быть десятки), изучать их каналы распада, определить, какая вариация суперсимметрии лучше всего все описывает.

Когда ускоритель поработает 5-10 лет и найдет все, что может, факел перейдет назад к теоретикам. Теоретики "снизу" будут описывать то, что видят на ускорителе, математической моделью. (На практике, сначала теоретики предложат 100 моделей, из них 99 будут опровергнуты экспериментом, с той 1, которая останется, будут работать дальше) Теоретикам "сверху" придется строить теорию всего, которая с минимальным количеством свободных параметров дает в пределе низких энергий то, что нашли теоретики "снизу". (Ну и, само собой, плюс гравитацию и желательно big bang). У струнщиков что-то в этом плане получается, но полной ясности пока нет.

[KP580BE51]

Столкновения происходят часто, примерно млрд раз в секунду. Количество каналов - только кремниевый трэкер имеет 6.3 млн каналов, плюс пиксельные детекторы, мюонные детекторы, калориметр и пр. Ни передать ни записать такое количество данных невозможно. Просто, пишется не все, поскольку далеко не все события содержат интересную информацию. Все данные (млрд раз в секунду)
поступают в pipe-lines и там хранятся, проталкиваясь по pipe-lines, короткое время, пока не будет принято решение триггером 1-го уровня.

FIFO Работает на гигагерце. Греться должно оно безумно. Если один канал к примеру 1 ватт, то это 6.3 мегавата, только на питание электроники! А рядом куча вского гелия, жуть!!!

Одновременно часть данных идет на триггер 1-го уровня. Он недалеко, там же под землей, чтобы не терять время на задержки в проводах (иначе pipe-lines пришлось бы делать слишком длинными).

30см на один такт. Без учера диэлектрической проницаемости. 300 метров это всего 1к FIFO.

А как оно тактируется? 1ггц в каждый чип заведено, через кабель точно отмерянной длинны? Или просто заведен один строб, а неравномерность программно компенсируется? Тогда ИМХО 1ггц мало.

Их получается примерно 100 в секунду. События пишутся, тут же создаются резервные копии. Это будет происходить непрерывно, год за годом.

И за это время планируется накопить экспериментальный материал, чтобы сказать, что именно происходит с частицами сверхвысоких энергий?

Лет на восемь, вроде, должно хватить, а там и upgrade должен будет подоспеть.

А какая технология? Обычная, кремниевая, или что-то космическое, на сапфире или что-то в таком духе?

[KP580BE51]

Теор. физика будет завершена? Будет создана единая модель всего?

Ну, не теорфизика - там сейчас все еще полно всяких модных штучек. Скорее, физика частиц. Да, с открытием Хиггса Стандартная Модель получит свой последний недостающий элемент. В каком-то смысле, это, действительно "модель всего". Но физики надеются, что это еще не конец. Возможно, что Стандартная Модель это частный случай какой-то более сложной системы, как это случилось когда-то с ньютоновской механикой. Признаки этого есть. Например, в Стандартной Модели нет гравитации. Кроме того, последнее время, по мере увеличения энергии пучков и совершенствования аппаратуры, физики все чаще начали наблюдать небольшие отклонения от Стандартной Модели, которым сейчас нет обьяснения. Раньше такого не было, раньше свойства, предсказанные Стандартной Модель подтверждались экспериментально с фантастической точностью. Ожидается, что в АТЛАСе таких отклонений будет наблюдаться больше.

Почти один в один это же написано в википедии.

[Hamster]

И за это время планируется накопить экспериментальный материал, чтобы сказать, что именно происходит с частицами сверхвысоких энергий?

Планируется накопить достаточно инцидентов, чтобы делать какие-то заключения. Тяжелые частицы очень трудно создавать. При всех тех миллиардах столкновений в секунду, счет реально наблюдаемых распадов того же Хиггса идет IIRC на единицы в день (и это на полной мощности).

Сам по себе Хиггс очень нестабилен и развалится, прежде чем долететь до детектора. Все, что засечет детектор - большое количество разлетающихся в разные стороны легких частиц. (Причем многие частицы он не засечет: нейтрино улетают из детектора и уносят большую часть энергии; какие-то частицы полетят близко к оси пучка, туда, где детекторов нет; в общем, полная реконструкция события невозможна) Однозначно из показаний детектора определить, что это был Хиггс, нельзя.

Что на практике делается: выбираются фильтры, которые максимизируют число засеченных частиц и в то же время минимизируют уровень шума. Исходя из существующих моделей, на компьютере делаются симуляции Монте-Карло. Результаты сопоставляются с данными из детектора. Если детектор видит избыток определенных событий и этот избыток настолько превышает уровень шума, что его нельзя списать на статистическое отклонение - ура, мы, похоже, открыли новую частицу.

Работа суперкомпьютера сводится к тому, чтобы получить от юзера набор фильтров, прогнать через него все миллиарды записанных событий, и ответить, сколько событий этим фильтрам удовлетворяет.

[sergeika]

Там pipe-lines не простые - мультиплексированые. Каждая - блок из 12х12 ячеек. Глубина : 12(12-1)=132 такта. Для апгрейда перспективной сейчас считается кремний-германиевая технология. Запас по радиационной стойкости пока неясен. У нас небольшая группа сейчас этим занимается - облучает и меряет тестовые транзисторы.

[KP580BE51]

Что на практике делается: выбираются фильтры, которые максимизируют число засеченных частиц и в то же время минимизируют уровень шума. Исходя из существующих моделей, на компьютере делаются симуляции Монте-Карло. Результаты сопоставляются с данными из детектора. Если детектор видит избыток определенных событий и этот избыток настолько превышает уровень шума, что его нельзя списать на статистическое отклонение - ура, мы, похоже, открыли новую частицу.

Тогда ясно, спасибо. Значит "так сразу" ничего не откроют. Несколько лет и множество споров уйдет.

[KP580BE51]

Там pipe-lines не простые - мультиплексированые. Каждая - блок из 12х12 ячеек. Глубина : 12(12-1)=132 такта.

А почему так мало?

Для апгрейда перспективной сейчас считается кремний-германиевая технология. Запас по радиационной стойкости пока неясен. У нас небольшая группа сейчас этим занимается - облучает и меряет тестовые транзисторы.

А разве это уже не было сделано? Столько спутников летает.

[Hamster]

Тогда ясно, спасибо. Значит "так сразу" ничего не откроют. Несколько лет и множество споров уйдет.

Первое объявление "мы нашли Хиггса" может быть через пару лет после выхода ускорителя на проектную мощность. Потом будут независимые подтверждения за счет разных каналов распада, уточнение массы, и т.д.

Суперсимметрию должны открыть намного раньше, если она есть. Буквально двух недель на проектной мощности достаточно, чтобы подтвердить или опровергнуть существование суперчастиц массой до 1 TeV.

Естественно, могут найти что-то новое и неожиданное. На такой мощности еще ускорители никогда не работали.

[sergeika]

Там pipe-lines не простые - мультиплексированые. Каждая - блок из 12х12 ячеек. Глубина : 12(12-1)=132 такта.

А почему так мало?

Для апгрейда перспективной сейчас считается кремний-германиевая технология. Запас по радиационной стойкости пока неясен. У нас небольшая группа сейчас этим занимается - облучает и меряет тестовые транзисторы.

А разве это уже не было сделано? Столько спутников летает.

Пучки протонов сталкиваются каждые 25 нс. Такова же и тактовая частота трекера. Решение по Trigger Latency Budget принималось годы назад. Да, это оказалось в обрез, в последний момент пришлось бороться за каждый метр оптоволокна, оптимизировать проводку кабелей внутри детектора и пр. И все-таки pipe-lines решили не удлинять - дорого даже для АТЛАСа. У кремниевого трекера 6.3 млн каналов, а весь АТЛАС имеет порядка 100 млн каналов.

По радиационной стойкости данные нужны свои, на чужие опираться нельзя. Слишком много денег и труда инвестируется в проект. Ну и спектр воздействия несколько другой, наша электроника находится в сантиметрах от сталкивающихся протонных пучков высокой светимости. Поскольку мы делаем front-end read-out, для нас самое важное - как изменится поведение входных усилителей - gain, шум, утечки. Каким, например, будет отношение сигнал-шум через несколько лет нормальной работы. Результаты будут использованы при проектировании чипов следующего поколения.