CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 01:14, 28 апреля 2017.
Европейская организация по ядерным исследованиям
Cern.png resized.jpg
Formation 29 сентября 1954 года
Headquarters окрестности Женевы, на границе Швейцарии и Франции.
Coordinates 46°14′3″N 6°3′19″E
Фабиола Джанотти
Website home.cern

CERN ( от фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ) — Европейская научная организация по ядерным исследованиям, которая управляет крупнейшей в мире лабораторией физики высоких энергий. Также переводится как Европейский Центр ядерных исследований. В русском языке обычно используется аббревиатура ЦЕРН. [Источник 1]

ЦЕРН находится в Северо-Западном пригороде Женевы, на границе Франции и Швейцарии, и основан в 1954 году. В настоящее время участниками ЦЕРНа являются 22 государства. Основная функция ЦЕРН - предоставить ускорители частиц и другую инфраструктуру, необходимую для исследований в области физики высоких энергий. В результате этого многочисленные эксперименты были построены в ЦЕРНе через международное сотрудничество. ЦЕРН также является местом, где появилась Всемирная паутина.

Общие сведения

После окончания войны, европейские физики выступили за создание единой европейской лаборатории для экспериментальных исследований. Идея была собрать и объединить лучшие умы континента, а также разделить все возрастающие бюджеты между странами-участниками. Так возник Европейский совет по ядерным исследованиям или сокращённо ЦЕРН.

Территория ЦЕРНа состоит из двух основных площадок и нескольких более мелких. Большой комплекс зданий включает в себя рабочие кабинеты, лаборатории, производственные помещения, склады, залы для конференций, жилые помещения, столовые. Ускорительный комплекс расположен, как на поверхности (старые ускорители Linac, PS), так и под землёй на большой глубине до 100 метров (более современные SPS, LHC). [Источник 2]


Основной площадкой является территория близ швейцарского городка Мейрин (Meyrin). Другой основной площадкой является территория возле французского городка Превесан-Моэн (Prévessin-Moëns). Более мелкие площадки разбросаны в ближайших окрестностях вдоль подземного кольца, построенного для ускорителя LEP.

Вид территории ЦЕРНа с птичьего полета. На аэрофотоснимке показано, где под землей пролегают туннели ускорителей. Большое кольцо — LEP/LHC, среднее — SPS, меньшее — PS.

Соглашение по образованию ЦЕРНа было подписано в Париже 29 июня − 1 июля 1953 года представителями 12 европейских стран. Организация была образована 29 сентября 1954 года. В настоящее время число стран-членов возросло. Некоторые страны и международные организации имеют статус наблюдателя. В ЦЕРНе постоянно работают около 2500 человек. В проектах участвуют около 6,5 тыс. ученых из 80 стран — почти половина специалистов по физике высоких энергий в мире.

Годовые взносы стран-участников ЦЕРНа в 2008 году составляют 1075,863 миллионов швейцарских франков (около 990 миллионов американских долларов).

История

Ведущие европейские физики, такие как Рауль Дотри, Пьер Оже и Лев Коварски , Эдоардо Амальди и Нильс Бор, считали, что необходима международная организация для физических экспериментальных исследований. Луи де Бройль официально предложил создать европейскую лабораторию на Европейской культурной конференции (Лозанна, Швейцария, 1949). После этого нобелевский лауреат Исидор Раби на пятой Общей конференции ЮНЕСКО во Флоренции в июне 1950 года предложил "поддержать создание региональных исследовательских лабораторий для увеличения международного сотрудничества". На межправительственной встрече ЮНЕСКО в Париже в декабре 1951 года, было принято решение о создании Европейского совета по ядерным исследованиям. Двумя месяцами позже 11 стран подписало соглашение о создании временного Совета, тогда и возникло название ЦЕРН.

На третьей сессии временного Совета в октябре 1952 года лабораторию решили построить недалеко от Женевы, тем более, что жители Женевского кантона оказались не против. В июне 1953 года в кантоне Женева прошёл референдум, на котором 2/3 проголосовавших согласились на размещение научного центра. Конвенция о создании ЦЕРН была ратифицирована 29 сентября 1954 года 12 странами в Западной Европе. Сокращение CERN первоначально расшифровывалось с французского как Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Европейский совет по ядерным исследованиям), который был Временным советом по созданию лаборатории, учрежденной 12 европейскими правительствами в 1952 году. После Временный совет был распущен, название изменилось на нынешнюю организацию "European Organization for Nuclear Research" (Европейская организация по ядерным исследованиям), но сокращение было сохранено.

Первым президентом ЦЕРН был сэр Бенджамин Локсписер. Эдоардо Амальди был генеральным секретарем ЦЕРН на ранних стадиях, когда операции носили предварительный характер, а первым Генеральным директором стал Феликс Блох (1954г.). На данный момент Генеральным директором ЦЕРНа является итальянский ядерный физик Фабиола Джанотти, первая женщина на данном посту.

Изначально лаборатория была посвящена изучению атомных ядер, но вскоре внимание ученых стало направлено на изучение взаимодействий между субатомными частицами. Поэтому лаборатория, управляемая ЦЕРН, обычно называется Европейской лабораторией физики частиц (Laboratoire européen pour la physique des particules), которая лучше описывает проводимые там исследования.

Миссия

Компьютерное моделирование рождения бозона Хиггса

Со времен Резерфорда физика микромира использует один и тот же прием: столкнуть посильнее две частицы и посмотреть, что получится в результате. Чтобы добраться до атомного ядра, нужна энергия, измеряемая миллионами электронвольт, а кварковая структура материи проявляется на гигаэлектронвольтах. В столкновениях можно получить любые частицы, на которые хватит энергии по формуле Эйнштейна.Именно так в 1983 году были обнаружены W- и Z-бозоны массой около 100 ГэВ — частицы-переносчики слабого взаимодействия, предсказанные в 1967 году в рамках теории электрослабого взаимодействия Глэшоу—Вайнберга—Салама. На сегодня подтверждены практически все предсказания Стандартной модели элементарных частиц. В задачи ЦЕРНа также входит изучение прикладных вопросов разных сфер науки – медицины, фармацевтики, энергетики, исследования в области высоких технологий и многое другое. За последние годы в лабораториях научного центра было сделано множество громких открытий, одно из которых – обнаружение бесструктурной частицы – бозона Хиггса. [Источник 3]

Хроника

1952 — выбрано место для создания центра вблизи Женевы.
1953 — жители кантона Женева одобрили строительство на референдуме (16 539 против 7332).
1954 — начало строительства, официальное учреждение ЦЕРНа.
1957 — запущен первый синхроциклотрон SC с энергией 600 МэВ (закрыт в 1990 году).
1959 — запущен протонный синхротрон PS, 28 ГэВ.
1968 — изобретена многопроволочная пропорциональная камера (Нобелевская премия, 1992: Жорж Шарпак).
1971 — первый в мире протон-протонный коллайдер ISR (Intersecting Storage Rings), 62 ГэВ (закрыт в 1984-м).
1973 — на пузырьковой камере «Гаргамель» обнаружены нейтральные токи — решающее подтверждение теории электрослабого взаимодействия.
1976 — запущен протонный суперколлайдер SPS, 300 ГэВ (позже — 400 ГэВ).
1983 — открытие W- и Z-бозонов — Нобелевская премия, 1984: Карло Руббиа, Симон ван дер Меер.
1989 — запущен коллайдер LEP, длина кольца 27 км, энергия 45 ГэВ (остановлен в 2000-м для переделки в LHC).
1990 — Тим Бернес-Ли создал протокол HTTP и заложил основу World Wide Web — всемирной паутины.
1995 — первое создание атомов антиводорода в эксперименте PS210.
1999 — начато строительство LHC .
2000 — впервые наблюдались признаки образования кварк-глюонной плазмы.
2010 — выделение 38 атомов антиводорода.
2011 — поддержание антиводорода более 15 минут.
2012 — бозон с массой около 125 ГэВ / с2 согласуется с долгожданным хиггсовским бозоном.
2013 — ЦЕРН был награждён Золотой медалью Нильса Бора — наградой Организации Объединённых Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) — как пример международного сотрудничества учёных из множества стран мира.

Нобелевские премии

Нобелевская премия 1984 года по физике была присуждена Карло Руббиа и Симону ван дер Мееру за разработки, которые привели к открытиям W и Z бозонов.

Нобелевская премия по физике 1992 года была присуждена исследователю CERN Жоржу Шарпаку «за изобретение и разработку детекторов частиц, в частности, многопроволочной пропорциональной камеры».

Компьютерные технологии в ЦЕРН

Этот компьютер, использовался британским ученым сэром Тимом Бернерсом-Ли в CERN, стал первым веб-сервером.

Основной сайт располагает большой вычислительной базой, которая в основном используется для хранения и анализа данных из экспериментов, а также для имитации событий. Исследователи нуждаются в удаленном доступе к этим средствам, поэтому лаборатория исторически была крупным центром глобальной сети. Поэтому помимо открытий в области физики, ЦЕРН прославился тем, что в его стенах появилась "Всемирная паутина" Интернет.

Всемирная паутина начиналась как проект CERN, названный INQUIRE, который был предложен английским ученым Тим Бернерсом-Ли и бельгийским ученым Робертом Кайо, которые в то время работали независимо. Проект был предназначен для облегчения обмена информацией между группами исследователей. Первоначально проект использовался только во внутренней сети ЦЕРНа. Первый веб-сервер был запущен в 1991 году Тимом Бернерс-Ли, который придумал и воплотил в жизнь основные принципы Всемирной паутины: идентификаторы URI (в частности интернет-адреса — URL), протокол HTTP и язык HTML. 30 апреля 1993 года CERN объявил, что Всемирная паутина будет свободной для всех пользователей, а сам Бернерс-Ли учредил Консорциум всемирной паутины (W3C), который занимается разработкой стандартов для интернета. Первоначальная веб-страница, созданная Бернерсом-Ли, по-прежнему публикуется на веб-сайте Консорциума Всемирной паутины, как исторический документ.

Самый первый сайт в мире.

Еще до создания и развития Всемирной паутины, в начале 1980-х годов ЦЕРН впервые использовал технологию Интернета.

В конце 1990-х годов ЦЕРН стал одним из центров развития новой компьютерной сетевой технологии грид. ЦЕРН присоединился к разработкам сети GRID, решив, что подобная система, поможет сохранить и оперативно обработать огромный поток данных, которые появятся после запуска большого адронного коллайдера (LHC). В настоящее время ЦЕРН входит в крупный грид-проект Enabling Grids for E-sciencE (EGEE) и, также, развивает собственные грид-сервисы. Этим занимается специальное отделение, связанное с коллайдером — LHC Computing Grid.

В нем также размещается точка обмена CERN Internet Exchange Point (CIXP), один из двух основных пунктов обмена интернет-трафиком в Швейцарии. В нем собирают и используют свой собственный дистрибутив операционной системы Linux — Scientific Linux.

Сотрудники ЦЕРН Джейсон Стокман, Энди Йен и Вэй Сун создали популярный сервис веб-почты с шифрованием ProtonMail.

Ускорители

Схема ускорительного комплекса ЦЕРНа.

Ускорительный комплекс ЦЕРНа состоит из шести главных ускорителей:

  • Linac2, Linac3. Два линейных ускорителя низкоэнергетических частиц. Один используется для инжекции протонов, другой — тяжёлых ионов. К 2020 году добавится Linac4, который будет разгонять отрицательно заряженные ионы водорода.
  • PS Booster - увеличивает энергию частиц из линейных ускорителей для передачи в PS.
  • PS (Proton Synchrotron), 28 ГэВ протонный синхротрон.
  • Протонный суперсинхротрон(Super Proton Synchrotron; SPS) диаметром кольца 2 км, запущенный в 1971 году. Применялся для экспериментов с фиксированной мишенью, как протон-антипротонный коллайдер. Далее использовался для ускорения электронов и позитронов в LEP.
  • ISOLDE (Isotope Separator On-line), установка для исследования нестабильных ядер. Запущена в 1967 году. Предварительное ускорение частиц происходит в PS Booster.
  • Большой адронный коллайдер (LHC, Large Hadron Collider).

Возможные будущие ускорители.

ЦЕРН совместно с группами по всему миру изучает две основные концепции будущих ускорителей: линейный электронно-позитронный коллайдер с новой концепцией ускорения для увеличения энергии (CLIC) и более крупную версию LHC, проект, который в настоящее время называется Future Circular Collider .

Большой адронный коллайдер

Большой Адронный Коллайдер.

Каждое слово в названии несёт определённый смысл. «Большой» указывает на размеры ускорителя — 26 километров в длину, 8 км в диаметре. «Адронный» указывает на тип ускоряемых частиц — адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков. «Коллайдер» — потому что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях, а потом сталкиваются. БАК находится прямо под Церном, на границе Швейцарии и Франции. Существующие ускорительные комплексы CERN PS / SPS используются для предварительного ускорения протонов и ионов свинца, которые затем вводятся в LHC.  Семь экспериментов (CMS, ATLAS, LHCb, MoEDAL, TOTEM, LHC-forward и ALICE) расположены вдоль коллайдера. Каждый из них изучает столкновения частиц с другого аспекта и с разными технологиями.

LHC начал генерировать огромное количество данных, которые CERN направляет в лаборатории по всему миру. В апреле 2005 года пробная версия успешно транслировала 600 Мбайт / с на семь различных сайтов по всему миру.

Начальные пучки частиц были введены в LHC в августе 2008 года. Первый луч был распространен по всему LHC 10 сентября 2008 года, но 10 дней спустя система не смогла из-за неисправного подключения магнита и была остановлена ​​для ремонта 19 сентября 2008 года. LHC возобновил работу 20 ноября 2009 года, успешно циркулировав два луча. Задача инженеров состояла в том, чтобы попытаться выстроить два луча так, чтобы они врезались друг в друга. 30 марта 2010 г. на LHC успешно произошло столкновение двух протонных пучков с энергией 3,5 ТэВ на протон, что привело к энергии столкновения 7 ТэВ. Однако это было только начало того, что было необходимо для ожидаемого открытия бозона Хиггса. В июле 2012 г. ученые ЦЕРН объявили об открытии новой субатомной частицы, которая позднее была подтверждена как бозон Хиггса . В марте 2013 года ЦЕРН объявил, что измерения, проведенные над недавно найденной частицей, позволили сделать вывод о том, что это бозон Хиггса. 5 апреля 2015 года и после двух лет эксплуатации и консолидации LHC перезапустился на второй запуск. Протонные пучки успешно циркулировали в 27-километровом кольце в обоих направлениях. 10 апреля 2015 года был осуществлен первый переход к рекордной энергии в 6,5 ТэВ.

Машина, обнаружившая бозон Хиггса.

Страны-участники

Изначальные страны-участники, подписавшие соглашение в 1953—1954 годах:

  • Бельгия
  • Дания
  • Германия
  • Франция
  • Греция
  • Италия
  • Норвегия
  • Швеция
  • Швейцария
  • Нидерланды
  • Великобритания
  • Югославия

Изменения после 1954 года:

  • Австрия (присоединилась в 1959 году).
  • Югославия (покинула организацию в 1961 году).
  • Испания (присоединилась в 1961, затем покинула в 1969 году и снова присоединилась в 1983 году).
  • Португалия (присоединилась в 1985 году).
  • Финляндия (присоединилась в 1991 году).
  • Польша (присоединилась в 1991 году).
  • Венгрия (присоединилась в 1992 году).
  • Чехия (присоединилась в 1993 году).
  • Словакия (присоединилась в 1993 году Болгария присоединилась в 1999 году).
  • Израиль (присоединился в 2013 году (принят официально 14.01.2014)).

Страны, имеющие статус ассоциированного члена в процессе вступления в ЦЕРН:

  • Сербия
  • Украина
  • Турция

Страны и организации, имеющие статус наблюдателя:

  • Европейская комиссия
  • Индия
  • Россия
  • США
  • Канада
  • ЮНЕСКО
  • КНР

В настоящее время участниками ЦЕРНа является 22 государства, при этом страны-наблюдатели активно участвуют в проектах ЦЕРНа. Из 22 членов, Израиль присоединился к ЦЕРН в качестве полноправного члена на 6 января 2014 года, став первым и пока единственным неевропейских полноправным членом. В 2012 году Россия подала заявку на вступление в ЦЕРН в качестве ассоциированного участника.

Источники

  1. ЦЕРН // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ЦЕРН./ (дата обращения: 08.03.2017).
  2. Европейский центр ядерных исследований // URL:http://savepearlharbor.com/?p=269531/ (дата обращения: 08.03.2017).
  3. Что нового в науке и технике// URL:http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430082/TsERN_Evropeyskiy_tsentr_yadernykh_issledovaniy// (дата обращения: 08.03.2017).

Ссылки