Čo je poslanie CERNU?

Práca CERNu pomáha odhaliť, z čoho sa vesmír skladá a ako funguje. Na tento účel CERN poskytuje vedcom svetovo unikátny komplex urýchľovačov častíc, ktorý posúva hranice ľudského poznania.

Poslanie CERNu je:

• poskytovať jedinečnú škálu zariadení urýchľovačov častíc, ktoré umožňujú výskum v popredí ľudského poznania
• vykonávať svetový výskum základnej fyziky
• zjednotiť ľudí z celého sveta, aby posunuli hranice vedy a techniky v prospech všetkých

Kde to začalo?

Počiatky CERNu možno datovať od roku 1940.

Vedci z Európy a Severnej Ameriky sa zhodli na tom, že je potrebné, aby Európa mala špičkové fyzikálne výskumné zariadenie. Ich víziou bolo zastaviť únik šikovných ľudí do Ameriky, ktorý sa začal počas druhej svetovej vojny, a poskytnúť silu pre jednotu v povojnovej Európe.

Dnes CERN spája vedcov z celého sveta v snahe o získanie poznania.

Hľadanie odpovedí na otázky o vesmíre

Zvedavosť je taká stará ako ľudstvo a je to raison d’être spoločnosti CERN . Keď vznikalo laboratórium, štruktúra hmoty bola záhadou. Dnes vieme, že všetka viditeľná hmota vo vesmíre pozostáva z pozoruhodne malého počtu častíc, ktorých správanie sa riadi štyrmi odlišnými silami. CERN zohral veľkú úlohu vo výskume tohto diania.

V deväťdesiatych rokoch CERN experimentálne testoval takzvanú takzvanú "elektroslabú teóriu" s extrémnou presnosťou, pričom ju umiestnili na pevnú experimentálnu pôdu. V roku 2010 LHC začal vytvárať kolízie častíc v novej vysokoenergetickej doméne, čo viedlo k objavu Higgsovho bozónu - dlho hľadaný ako častica spojená s mechanizmom, ktorý dáva hmotu elementárnym časticiam.

Členské štáty CERNu

Dnes má CERN 24 členských štátov: Rakúsko, Belgicko, Bulharsko, Českú republiku, Dánsko, Fínsko, Francúzsko, Nemecko, Grécko, Maďarsko, Izrael, Taliansko, Holandsko, Nórsko, Poľsko, Portugalsko, Rumunsko, Srbsko, Slovensko, Španielsko, Švédsko, Švédsko, Švajčiarsko a Spojené kráľovstvo.

Cyprus a Slovinsko sú pridruženými členskými štátmi v štádiu pred prijatím členstva. India, Litva, Pakistan, Turecko a Ukrajina sú pridruženými členskými štátmi.

Európska únia, Japonsko, Spojený ústav jadrových výskumov, Ruská Federácia, UNESCO a Spojené štáty americké momentálne majú status pozorovateľa.

WHAT IS CERN'S MISSION?

At CERN , our work helps to uncover what the universe is made of and how it works. We do this by providing a unique range of particle accelerator facilities to researchers, to advance the boundaries of human knowledge.

CERN´s mission is to:

• provide a unique range of particle accelerator facilities that enable research at the forefront of human knowledge.
• perform world-class research in fundamental physics.
• unite people from all over the world to push the frontiers of science and technology, for the benefit of all.

Where did it all begin?

CERN's origins can be traced to the 1940s

A small number of visionary scientists in Europe and North America identified the need for Europe to have a world-class physics research facility. Their vision was both to stop the brain drain to America that had begun during the Second World War, and to provide a force for unity in post-war Europe.

Today,CERN unites scientists from around the world in the pursuit of knowledge

Seeking answers to questions about the universe

Curiosity is as old as humankind, and it is CERN’s raison d’être . When the Laboratory was founded, the structure of matter was a mystery. Today, we know that all visible matter in the Universe is composed of a remarkably small number of particles, whose behaviour is governed by four distinct forces.CERN has played a vital role in reaching this understanding.

During the 1990s, CERN experiments designed in light of this discovery tested the so-called electroweak theory with extreme precision, putting it on solid experimental ground. In 2010, the LHC started to provide particle collisions in a new high-energy domain, leading to the discovery at CERN of a Higgs boson – long sought as the particle linked to the mechanism that gives mass to elementary particles.

Who are CERN´S Member States?

Today CERN has 24 Member States: Austria, Belgium, Bulgaria, Czech Republic, Denmark, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Israel, Italy, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Serbia, Slovakia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom.

Cyprus and Slovenia are Associate Member States in the pre-stage to Membership. India, Lithuania, Pakistan, Turkey and Ukraine are Associate Member States.

The European Union, Japan, JINR, the Russian Federation, UNESCO and the United States of America currently have Observer status.

Čo je LHC ?

Veľký vzhľadom na svoju veľkosť (približne 27 km po obvode), Hadronový, pretože urýchľuje protóny alebo ióny, ktoré sú hadróny, a urýchľovač, pretože tieto častice tvoria dva lúče, pohybujúce sa opačnými smermi, ktoré sa zrážajú na štyroch miestach.

Kedy bol LHC navrhnutý?

Už v 80-tich rokoch minuleho storočia, kým bol LEP navrhnuty a postavený, skupiny v CERNe sa už zaoberali pohľadom na dlhodobú budúcnosť. Po dlhoročnej práci na technických aspektoch a fyzických požiadavkách takéhoto stroja sa ich sny začali realizovať v decembri roku 1994, keď riadiaci orgán CERNu (Rada CERNu), hlasoval za schválenie stavby LHC . Zelené svetlo pre projekt bolo dané pod podmienkou, že nový urýchľovač bude vybudovaný v rámci stáleho rozpočtu a bude chápať, že akékoľvek príspevky pridružených štátov budú použité na urýchlenie a zlepšenie projektu. Rozpočtové obmedzenia spočiatku znamenali, že LHC by sa malo chápať ako dvojstupňový projekt. V nadväznosti na príspevky Japonska, USA, Indie a ďalších pridružených štátov však Rada v roku 1995 hlasovala, aby umožnila projektu pokračovať v jednej fáze. V rokoch 1996 až 1998 štyri experimenty – ALICE , ATLAS , CMS a LHCb boli oficialne schválené a začali na nich stavebné práce. Odvtedy sa k hľadaniu pripojili tri menšie experimenty (TOTEM , LHCf a MoEDAL).

Prečo veľký?

Veľkosť urýchľovača sa vzťahuje na maximálnu dosiahnuteľnú energiu. V prípade zrážača je to tiež funkcia polomeru stroja a sily magnetického poľa, ktoré udržuje častice v ich obežných dráhach. LHC opätovne využíva 27 km obvodový tunel, ktorý bol postavený pre predchádzajúci veľký urýchľovač LEP . Obvod tunela, magnety, dutiny a ďalšie základné prvky stroja predstavujú hlavné obmedzenia, ktoré určujú konštrukčnú energiu 7 TeV na protónový lúč.

Prečo zrážač?

Zrážka, kde sa zrážajú protismerné lúče, má veľkú výhodu oproti iným druhom urýchľovača, kde sa lúč zráža so stacionárnym cieľom. Keď sa zrazia dva lúče, energia zrážky je súčtom energií dvoch lúčov. Lúč rovnakej energie, ktorý zasiahne pevný cieľ, by spôsobil zrážku oveľa menšej energie.

Prečo hadróny?

LHC urýchľuje dva lúče častíc rovnakého druhu, buď protóny alebo ióny olova, ktoré sú hadróny. Urýchľovač môže zrýchľovať len určité druhy častíc:
1. musia byť nabité (pretože lúče sú manipulované elektromagnetickými zariadeniami, ktoré môžu ovplyvňovať iba nabité častice)
2. okrem výnimočných prípadov musia byť stabilné.
To obmedzuje počet častíc, ktoré môžu byť prakticky urýchlené na elektróny, protóny a ióny, plus všetky ich častice. V kruhovom urýchľovači, ako je LHC , ťažké častice, ako sú protóny (protóny sú približne 2000-krát masívnejšie ako elektróny), majú omnoho nižšiu energetickú stratu na otáčku cez synchrotrónové žiarenie ako ľahké častice, napríklad elektróny. Preto v kruhovom urýchľovači na dosiahnutie kolízií s najvyššou energiou je efektívnejšie urýchliť masívne častice.

Prečo je LHC postavený pod zemou?

LHC využíva tunel, ktorý bol postavený pre predchádzajúci veľký urýchľovač LEP a bol demontovaný v roku 2000. Podzemný tunel bol najlepším riešením na uloženie stroja s obvodom 27 km, pretože je lacnejšie vykopať tunel, než získať pozemok na výstavbu na zemi. Dopad na krajinu sa tiež znižuje na minimum. Okrem toho zemská kôra poskytuje dobré tienenie pre žiarenie. Tunel bol vybudovaný v strednej hĺbke 100 m, kvôli geologickým úvahám a pri miernom stúpaní 1,4%. Jeho hĺbka sa pohybuje medzi 175 m (pod pohorím Jura) a 50 m (smerom k Ženevskému jazeru).

Aká je energia kolízie v LHC a čo je na nej také zvláštne?

Každý protónový lúč letiaci okolo LHC má maximálnu konštrukčnú energiu 7 TeV , takže keď sa dva protóny zrazia, kolízna energia je 14 TeV . Olovené ióny majú mnoho protónov a spolu poskytujú ešte väčšiu energiu: olovo-iónové lúče majú maximálnu kolíznu energiu 1150 TeV . Obe kolízne energie ešte nikdy neboli dosiahnuté v laboratóriu.

Koncentrácia energie je to, čo robí zrážky častíc tak výnimočnými. Keď tliesknete rukami, robíte „kolíziu“ pri energii oveľa vyššej ako protóny v LHC , ale oveľa menej koncentrovanej, pretože je distribuovaná po celej oblasti vašej ruky.

Aké sú hlavné ciele LHC ?

Naše súčasné chápanie vesmíru je neúplné. Štandardný model častíc a síl sumarizuje naše súčasné znalosti fyziky častíc. Štandardný model bol testovaný mnohými experimentmi a ukázal sa ako mimoriadne úspešný pri predvídaní existencie predtým neobjavených častíc. Ponecháva však mnoho nevyriešených otázok, na ktoré LHC pomáha odpovedať.

Aké sú detektory v LHC ?

V LHC je nainštalovaných sedem experimentov: ALICE , ATLAS , CMS, LHCb , LHCf experiment, TOTEM a MoEDAL . ALICE , ATLAS , CMS a LHCb sú veľké experimenty inštalované v štyroch obrovských podzemných jaskyniach postavených okolo štyroch kolíznych bodov lúčov LHC . TOTEM je inštalovaný v blízkosti bodu interakcie CMS , LHCf je inštalovaný blízko ATLAS a MoEDAL je blízko detektora LHCb .

Čo je ATLAS ?

Veľkosť	46 m dlhé, 26 m vysoké a 26 m široké
Hmotnosť	7000 ton
Náklady	540 CHF
Umiestnenie	Meyrin, Švajčiarsko

ATLAS je univerzálny detektor určený na pokrytie čo najširšej škály fyziky na LHC , od presných meraní Higgsovho bozónu až po vyhľadávanie novej fyziky nad rámec štandardného modelu. Hlavným znakom detektora ATLAS je jeho obrovský magnetický systém v tvare šišky.

Čo je CMS?

Veľkosť	21 m dlhé, 15 m vysoké a 15 m široké
Hmotnosť	12 500 ton
Náklady	500 CHF
Umiestnenie	Cessy, Francúzsko

CMS je univerzálny detektor s podobnými fyzikálnymi cieľmi ako ATLAS , ale s rôznymi technickými riešeniami a dizajnom. Je postavený okolo obrovského supravodivého solenoidu. To má podobu valcovej cievky supravodivého kábla, ktorá vytvára magnetické pole 4 T.

Čo je LHCb?

Veľkosť	21 m dlhé, 10 m vysoké a 13 m široké
Hmotnosť	5600 ton
Náklady	75 CHF
Umiestnenie	Ferney-Voltaire, Francúzsko

LHCb sa špecializuje na štúdium miernej asymetrie medzi hmotou a antihmotou prítomnou v interakciách B-častíc (častice obsahujúce b kvark). Spolupráca LHCb má viac ako 1200 členov zo 71 inštitútov v 16 krajinách (január 2017).

Aký je tok údajov z experimentov LHC ?

Experimenty LHC predstavujú približne 150 miliónov senzorov, ktoré poskytujú údaje 30 miliónov krát za sekundu. Po filtrovaní existuje niekoľko sto zrážok za sekundu.
Tok údajov zo všetkých štyroch experimentov je niekoľko GB / s, čo predstavuje približne 50 000 000 GB (= 50 PB) ročne, čo zodpovedá stohu približne 10 miliónov štandardných diskov DVD, vysoký približne 12 km. Toto obrovské množstvo údajov je prístupné a analyzované tisíckami vedcov po celom svete. Poslaním LHC Computing Grid je poskytnúť infraštruktúru na ukladanie a analýzu dát.

ATLAS produkuje približne 1 GB / s
CMS produkuje približne 1 GB / s
LHCb produkuje približne 0,6 GB / s
ALICE produkuje niekoľko GB / s počas behu ťažkých iónov

10 zaujímavých faktov o LHC

Fakt 1) Keď sa vykopal 27 km dlhý kruhový tunel medzi Ženevským jazerom a pohorím Jura, dva konce sa stretli do vzdialenosti 1 cm.

Fakt 2) Každý z 6000-9000 supravodivých vlákien nióbu-titánu v kábli vyrobenom pre LHC je asi 0,007 mm hrubý, asi 10 krát tenší ako normálne ľudské vlasy. Ak by ste pridali všetky vlákna spolu, natiahli by sa k Slnku a späť šesťkrát, a ešte by zostalo dosť na približne 150 ciest na Mesiac.

Fakt 3) Všetky protóny urýchlené v CERN sa získajú zo štandardného vodíka. Hoci protónové lúče na LHC sú veľmi intenzívne, každý deň sa urýchľujú len 2 nanogramy vodíka (celková hmotnosť protónov sa vypočíta v pokoji). Preto by LHC trvalo približne 1 milión rokov na urýchlenie 1 gramu vodíka.

Fact 4) Centrálna časť LHC je najväčšou chladničkou na svete. Pri teplote nižšej ako vo vesmíre, obsahuje železo, oceľ a všetky dôležité supravodivé cievky.

Fakt 5) Tlak v trubkách lúča je približne ako atmosféra Mesiaca. Jedná sa o ultravysoké vákuum.

Fakt 6) Protóny pri konštrukčnej energii v LHC sa pohybujú na hodnote 0,999999991-násobku rýchlosti svetla. Každý protón prechádza okolo 27 km kruhu viac ako 11 000 krát za sekundu.

Fakt 7) Pri plnej energii má každý z dvoch protónových lúčov v LHC celkovú energiu rovnajúcu sa 400 tonovému vlaku (ako je francúzsky TGV), ktorý jazdí rýchlosťou 150 km / h. To je dosť energie na roztavenie 500 kg medi.

Fakt 8) Vedci pracujúci na experimente ALICE pochádzajú z každého kontinentu, okrem Antarktídy.

Fakt 9) Magnetický systém CMS obsahuje asi 10 000 t železa, čo je viac železa ako obsahuje Eiffelova veža.

Fakt 10) Údaje zaznamenané veľkými experimentmi na LHC postačujú na zaplnenie okolo 50 000 1 TB pevných diskov každý rok.

What is LHC ?

Large due to its size (approximately 27 km in circumference), Hadron because it accelerates protons or ions, which are hadrons, and Collider because these particles form two beams travelling in opposite directions, which collide at four points where the two rings of the machine intersect.

When was it designed?

Back in the early 1980s, while LEP collider was being designed and built, groups at CERN were already busy looking at the long-term future. After many years of work on the technical aspects and physics requirements of such a machine, their dreams came to fruition in December 1994 when CERN governing body, the CERN Council, voted to approve the construction of the LHC . The green light for the project was given under the condition that the new accelerator be built within a constant budget and on the understanding that any non-Member State contributions would be used to speed up and improve the project. Initially, the budgetary constraints implied that the LHC was to be conceived as a 2-stage project. However, following contributions from Japan, the USA, India and other non-Member States, Council voted in 1995 to allow the project to proceed in a single phase. Between 1996 and 1998, four experiments—ALICE ,ATLAS, CMS and LHCb —received official approval and construction work commenced on the four sites. Since then, three (TOTEM , LHCf and MoEDAL ) smaller experiments have joined the quest.

Why large?

The size of an accelerator is related to the maximum energy obtainable. In the case of a collider, this is also a function of the radius of the machine and the strength of the magnetic field that keeps particles in their orbits. The LHC re-uses the 27-km circumference tunnel that was built for the previous big accelerator, LEP. The circumference of the tunnel, magnets, cavities and other essential elements of the machine, represent the main constraints that determine the design energy of 7 TeV per proton beam.

Why collider?

A collider, where counter-circulating beams collide, has a big advantage over other kinds of accelerator where a beam collides with a stationary target. When two beams collide, the energy of the collision is the sum of the energies of the two beams. A beam of the same energy that hits a fixed target would produce a collision of much less energy.

Why hadrons?

The LHC accelerates two beams of particles of the same kind, either protons or lead ions, which are hadrons. An accelerator can only accelerate certain kinds of particle: firstly they need to be charged (as the beams are manipulated by electromagnetic devices that can only influence charged particles), and secondly, except in special cases, they must be stable. This limits the number of particles that can practically be accelerated to electrons, protons, and ions, plus all their antiparticles. In a circular accelerator, such as the LHC , heavy particles such as protons (protons are about 2000 times more massive than electrons) have a much lower energy loss per turn through synchrotron radiation than light particles such as electrons. Therefore, in circular accelerators, to obtain the highest-energy collisions it is more effective to accelerate massive particles.

Why is the LHC built underground?

The LHC re-uses the tunnel that was built for CERN’s previous big accelerator, LEP , dismantled in 2000. The underground tunnel was the best solution to house a 27-km circumference machine because it is cheaper to excavate a tunnel rather than acquire the land to build at the surface. Also, the impact on the landscape is reduced to a minimum. In addition, the Earth’s crust provides good shielding for radiation. The tunnel was built at a mean depth of 100 m, due to geological considerations (again translating into cost) and at a slight gradient of 1.4%. Its depth varies between 175 m (under the Jura) and 50 m (towards Lake Geneva).

What is the collision energy at the LHC and what is so special about it?

Each proton beam flying around the LHC has a maximum design energy of 7 TeV , so when two protons collide the collision energy is 14 TeV . Lead ions have many protons, and together they give an even greater energy: the lead-ion beams have a maximum collision energy of 1150 TeV . Both collision energies have never been reached before in a lab.

Energy concentration is what makes particle collisions so special. When you clap your hands, you do a ‘collision’ at an energy much higher than protons at the LHC , but much less concentrated, since it is distributed over the whole area of your hand.

What are the main goals of the LHC ?

Our current understanding of the Universe is incomplete. The Standard Model of particles and forces summarizes our present knowledge of particle physics. The Standard Model has been tested by many experiments and it has proven particularly successful in anticipating the existence of previously undiscovered particles. However, it leaves many unsolved questions, which the LHC helps to answer.

What are the detectors at the LHC ?

There are seven experiments installed at the LHC : ALICE , ATLAS , CMS , LHCb experiment,LHCf experiment, TOTEM experiment, MoEDAL . ALICE , ATLAS, CMS and LHCb are big experiments installed in four huge underground caverns built around the four collision points of the LHC beams. TOTEM is installed close to the CMS interaction point, LHCf is installed near ATLAS and MoEDAL is close to the LHCb detector.

What is ATLAS?

Size	46 m long, 26 m high and 26 m wide
Weight	7000 tonnes
Material cost	540 CHF
Location	Meyrin, Switzerland

ATLAS is a general-purpose detector designed to cover the widest possible range of physics at the LHC , from precision measurements of the Higgs boson to searches for new physics beyond the Standard Model. The main feature of the ATLAS detector is its enormous doughnut-shaped magnet system

What is CMS ?

Size	21 m long, 15 m high and 15 m wide
Weight	12 500 tonnes
Material cost	500 CHF
Location	Cessy, France

CMS is a general-purpose detector with similar physics goals as ATLAS , but different technical solutions and design. It is built around a huge superconducting solenoid. This takes the form of a cylindrical coil of superconducting cable that generates a magnetic field of 4 T.

What is LHCb?

Size	21 m long, 10 m high and 13 m wide
Weight	5600 tonnes
Material cost	75 CHF
Location	Ferney-Voltaire, France

LHCb specializes in the study of the slight asymmetry between matter and antimatter present in interactions of B-particles (particles containing the b quark.The LHCb collaboration has more than 1200 members from 71 institutes in 16 countries (January 2017).

What is the data flow from the LHC experiments?

The LHC experiments represent about 150 million sensors delivering data 30 million times per second. After filtering there are several hundred collisions of interest per second.
The data flow from all four experiments are several GB/s, producing around 50 000 000 GB (=50 PB) per year, corresponding to a stack of about 10 million standard DVDs, about 12 km tall each year. This enormous amount of data is accessed and analysed by thousands of scientists around the world. The mission of the LHC Computing Grid is to provide a data storage and analysis infrastructure.

ATLAS produces about 1 GB/s
CMS produces about 1 GB/s
LHCb produces about 0.6 GB/s
ALICE produces several GB/s during heavy-ion running

10 Fascinating Facts about the LHC

Fact 1) When the 27-km long circular tunnel was excavated, between Lake Geneva and the Jura mountain range, the two ends met up to within 1 cm.

Fact 2) Each of the 6000-9000 superconducting filaments of niobium–titanium in the cable produced for the LHC is about 0.007 mm thick, about 10 times thinner than a normal human hair. If you added all the filaments together they would stretch to the Sun and back six times with enough left over for about 150 trips to the Moon.

Fact 3) All protons accelerated at CERN are obtained from standard hydrogen. Although proton beams at the LHC are very intense, only 2 nanograms of hydrogen (the total mass of protons is calculated at rest) are accelerated each day. Therefore, it would take the LHC about 1 million years to accelerate 1 gram of hydrogen.

Fact 4) The central part of the LHC is the world’s largest fridge. At a temperature colder than deep outer space, it contains iron, steel and the all important superconducting coils.

Fact 5 ) The pressure in the beam pipes of the LHC is about like the atmosphere of the Moon. This is an ultrahigh vacuum.

Fact 6) Protons at the design energy in the LHC travel at 0.999999991 times the speed of light. Each proton goes round the 27 km ring more than 11 000 times a second.

Fact 7) At full energy, each of the two proton beams in the LHC have a total energy equivalent to a 400 t train (like the French TGV) travelling at 150 km/h. This is enough energy to melt 500 kg of copper.

Fact 8) The Sun never sets on the ATLAS collaboration. Scientists working on the experiment come from every continent in the world, except Antarctica.

Fact 9) The CMS magnet system contains about 10 000 t of iron, which is more iron than in the Eiffel Tower.

Fact 10) The data recorded by the big experiments at the LHC are enough to fill around 50 000 1 TB hard disks every year.

ALICE je detektor ťažkých iónov na LHC . Je navrhnutý tak, aby študoval fyziku silne interagujúcich látok pri extrémnych energetických hustotách, kde sa fáza hmoty nazýva kvark-gluónová plazma.

Všetky bežné veci v dnešnom vesmíre tvoria atómy. Každý atóm obsahuje jadro zložené z protónov a neutrónov (okrem vodíka, ktorý nemá neutróny), obklopené oblakom elektrónov. Protóny a neutróny sú zase vyrobené z kvarkov viazaných spolu inými časticami nazývanými gluóny. Žiadny kvark nebol nikdy pozorovaný v izolácii: kvarky, rovnako ako gluóny, sa zdajú byť trvalo viazané a uväznené v kompozitných časticiach, ako sú protóny a neutróny. Toto je známe ako väznenie.

Kolízie v LHC generujú teploty viac ako 100 000 krát teplejšie ako centrum Slnka. Každý rok LHC vykonáva kolízie medzi iónmi olova, ktoré sa obnovujú v laboratórnych podmienkach podobných tým, ktoré sú tesne po veľkom tresku. Za týchto extrémnych podmienok sa protóny a neutróny "topia" a uvoľňujú kvarky z ich väzieb s gluónmi. To je kvark-gluónová plazma. Existencia takejto fázy a jej vlastností sú kľúčovými otázkami v teórii kvantovej chromodynamiky (QCD), pre pochopenie fenoménu väzenia a pre fyzikálny problém nazývaný „obnova chirálnej symetrie“. Spolupráca ALICE skúma kvark-gluónovú plazmu, keď sa rozširuje a ochladzuje, pričom pozoruje, ako postupne vznikajú častice, ktoré dnes tvoria náš vesmír.

Spolupráca ALICE využíva 10 000 tonový detektor ALICE s dĺžkou 26 m, výškou 16 m a šírkou 16 m na štúdium kvark-gluónovej plazmy. Detektor sedí v rozsiahlej jaskyni 56 m pod zemou v blízkosti dediny St Genis-Pouilly vo Francúzsku.

Spolupráca zahŕňa viac ako 1000 vedcov z viac ako 100 ústavov v 30 krajinách. Medzinárodná spolupráca zahŕňa viac ako 1800 členov z približne 174 ústavov v približne 42 krajinách (január 2017).

Online návšteva

CERN a Google začali spolupracovať na tomto projekte v roku 2010. Prvé vydanie obrázkov bolo v roku 2013, s Google Street Views z tunela LHC , ako aj podzemných jaskýň. Experimenty ALICE , ATLAS , CMS a LHCb , prístupné cez vyhradenú CERN časť Google Street View. Tu môžete navštíviť ALICE

Preskúmajte kontrolnú miestnosť pre experiment ALICE prostredníctvom služby Google Street View (Obrázok: Google Street View)

Darma

Experiment ALICE skúma ultra relativistické kolízie ťažkých iónov, ktoré poskytujeLHC . Na zvládnutie extrémnych hustôt tratí boli v rámci ALICE nasadené mnohé poddekory založené na rôznych technológiách. Z tohto dôvodu musí ALICE DCS pristupovať k mnohým rôznym komponentom a rôznym typom údajov. Väčšina hodnôt monitorovaných DCS je uložená v centrálnej databáze, kde každý detektor používa vlastnú schému, aby sa zabranilo vzniku možným konfliktom.

V priebehu rokov boli použité rôzne spôsoby prístupu k údajom z tejto databázy - od jednoduchého klientskeho servera AMANDA po aktuálne používaný balík AMANDA 3, ktorý umožňuje súbežný prístup k archívuDCS pomocou viacerých klientov. Použitie AMANDA 3 prináša potrebu navrhnúť zjednodušené riešenie s ľahšou implementáciou a administráciou a lepšou prenosnosťou. Ako názov tohto informačného systému bol zvolený akronym Darma . AMANDA 3 aj Darma boli vyvinuté členmi CERN a Centrom moderných metód riadenia a priemyselnej informatiky na Katedre kybernetiky a umelej inteligencie, Fakulty elektrotechniky a informatiky Technickej univerzity v Košiciach, takže v dizajne Darma boli využité a prenesené skúsenosti z vývoja a používania AMANDA 3 do najnovšej verzie.

ALFRED

Od roku 2012 je Technická univerzita v Košiciach, zastúpená Centrom moderných riadiacich techník a priemyselnej informatiky na Katedre kybernetiky a umelej inteligencie Fakulty elektrotechniky a informatiky, ktoré je členom projektu ALICE a spolupráce ALICE v CERNe od roku 2015. Počas tejto doby jej členovia pracovali na niekoľkých pridelených úlohách. Jedným z úloh nášho tímu je vývoj nového komunikačného mechanizmu určeného na riadenie a monitorovanie elektroniky front-end, ktorý sa má použiť v experimente ALICE v CERNe . Nová architektúra s názvom ALFRED (Alice Low-level Front-end Device) sa teraz testuje pomocou rôznych prototypov elektroniky. Finálna verzia softvéru bude nasadená pre nový systém vnútorného sledovania (ITS), ktorý v súčasnosti vyvíja spolupráca ALICE .

Architektúra je založená na niekoľkých rôznych implementáciách počnúc Arduino MCU, Raspberry Pi, Linux serverom až po systém a databázy WinCC OA SCADA / HMI. Testy overujúce priepustnosť cez DIM a OPC protokoly boli tiež vykonávané v prospech protokolu DIM. Budúci výskum bude zameraný na nahradenie emulovaných častí reálnymi simulátormi / hardvérovými modulmi, ako aj testovanie priepustnosti takejto modifikovanej architektúry.

ALICE is a heavy-ion detector on the LHC ring. It is designed to study the physics of strongly interacting matter at extreme energy densities, where a phase of matter called quark-gluon plasma forms.

All ordinary matter in today’s universe is made up of atoms. Each atom contains a nucleus composed of protons and neutrons (except hydrogen, which has no neutrons), surrounded by a cloud of electrons. Protons and neutrons are in turn made of quarks bound together by other particles called gluons. No quark has ever been observed in isolation: the quarks, as well as the gluons, seem to be bound permanently together and confined inside composite particles, such as protons and neutrons. This is known as confinement.

Collisions in the LHC generate temperatures more than 100,000 times hotter than the centre of the Sun. For part of each year the LHC provides collisions between lead ions, recreating in the laboratory conditions similar to those just after the big bang. Under these extreme conditions, protons and neutrons "melt", freeing the quarks from their bonds with the gluons. This is quark-gluon plasma. The existence of such a phase and its properties are key issues in the theory of quantum chromodynamics (QCD), for understanding the phenomenon of confinement, and for a physics problem called chiral-symmetry restoration. The ALICE collaboration studies the quark-gluon plasma as it expands and cools, observing how it progressively gives rise to the particles that constitute the matter of our universe today.

The ALICE collaboration uses the 10,000-tonne ALICE detector – 26 m long, 16 m high, and 16 m wide – to study quark-gluon plasma. The detector sits in a vast cavern 56 m below ground close to the village of St Genis-Pouilly in France, receiving beams from the LHC .

The collaboration counts more than 1000 scientists from over 100 physics institutes in 30 countries. The international collaboration includes more than 1800 members from about 174 institutes in about 42 countries (January 2017).

Online Visits

CERN and Google began collaborating on this project in 2010. The first release of images was in 2013, with Google Street Views of the Large Hadron Collider tunnel as well as the underground caverns of the ALICE ,ATLAS, CMS and LHCb experiments, accessible through a dedicated CERN part of Google Street View. Here you can visitALICE

Explore the Control Room for the ALICE experiment through Google Street View (Image: Google Street View)

Darma

The ALICE experiment studies the ultra relativistic heavy ion collisions provided by LHC . To cope with extreme track densities, many subdetectors based on different technologies have been deployed withinALICE. That is why the ALICE DCS has to access many different components and various types of data. Most of the values monitored by the DCS are stored into the central database, where every detector uses its own schema to prevent possible conflicts.

Over the years, many different ways to access the data from this database were used – from the simple client server tool AMANDA to currently used AMANDA 3 package, which allows the concurrent access to DCS archive using multiple clients. Usage of AMANDA 3 brings to light the need of designing the simplified solution with easier implementation and administration and better portability. The acronym Darma was chosen as the name of this information system. Both AMANDA 3 and Darma were developed by members of CERN and Center of Modern Control Techniques and Industrial Informatics in the Department of the Cybernetics and Artificial Intelligence, Faculty of the Electrical Engineering and Informatics, Technical university of Košice, so in the design of Darma , experiences from AMANDA 3 development and usage were used and transferred into the latest version.

ALFRED

Since 2012, the Technical University of Košice, represented by the Center of Modern Control Techniques and Industrial Informatics at the Department of Cybernetics and Artificial Intelligence, Faculty of Electrical Engineering and Informatics has been the member of the ALICE project and since 2015, the full member of the ALICE Collaboration in CERN . During this time, its members have worked on several assigned tasks. One of the tasks carried out by our team is the development of a new communication mechanism dedicated to the front-end electronics control and monitoring to be used in the ALICE experiment at CERN . A new architecture called ALFRED (Alice Low-level Front-end Device) is now being tested using various electronics prototypes. The final version of the software will be deployed for the new inner tracker system (the ITS) currently developed by the ALICE collaboration.

The architecture is based on several different implementations starting with Arduino MCU, Raspberry Pi, Linux server up to the WinCC OA SCADA/HMI system and databases. Tests validating throughput via DIM and OPC protocols were also conducted in the favour of DIM protocol. Future research will be focused on replacing emulated parts with real simulators/hardware modules as well as testing the throughput of such a modified architecture.

ALICE DCS PREHĽAD

DCS nepretržite zaisťuje bezpečnú a stabilnú prevádzku všetkých sub-detektorov, ako aj celého detektora ALICE .DCS poskytuje diaľkové ovládanie a monitorovanie všetkých systémov.DCS používa rôzne priemyselné aj vlastné zariadenia, ako sú nízkonapäťové a vysokonapäťové napájacie zdroje, PLC počítače, dosky na zber údajov na zákazku alebo front-end elektroniku. Sú hierarchicky prepojené v rámci distribuovaného riadiaceho systému. Väčšina týchto zariadení komunikuje cez Ethernet, riadené buď priemyselnými štandardmi ako OPC alebo DIM protokolom vyvinutým v CERN . Iné zariadenia používajú iné štandardné zbernice ako CANbus, Profibus alebo RS232.

Dohľad nad jednotlivými zariadeniami zabezpečuje SCADA / HMI softvér WinCC OA od spoločnosti Siemens s využitím JCOP frameworku. Rozhranie WinCC umožňuje jedinému operátorovi prevádzkovať celý experiment ALICE . V rámci experimentu ALICE má každý detektor vlastný nezávislý distribuovaný riadiaci systém obsahujúci 2 až 16 systémov WinCC OA. Všetky tieto systémy sú prepojené centrálnym DCS , ktorý obsahuje jeden komplexný systém. Riadiacu hierarchiu celého detektora a všetky jeho podsystémy tvoria stroje s konečnými stavmi (FSM), ktoré sú usporiadané do viacvrstvovej stromovej štruktúry.

Poslaním DCS experimentu ALICE je zabezpečiť celkový dohľad nad experimentálnym prístrojom, ktorý zabezpečí správnu a bezpečnú prevádzku počas zberu údajov o fyzike a tiež počas pohotovostných období. DCS vykonáva nepretržite 24/7, väčšinu roka hierarchickú kontrolu 20-tích subdektorov ALICE , kontroluje spoločné systémy a služby infraštruktúry a komunikuje s externými systémami. Úplné diaľkové ovládanie a monitorovanie je potrebné pre zariadenia umiestnené v podzemných priestoroch neprístupných počas chodu experimentu.

OVERALL DCS DESIGN

Rozdelenie a riadenie hierarchie DCS sa riadi logickou štruktúrou experimentu. Existuje 20 podrektorov rôznych zložitostí a veľkostí, od TPC a TRD (10 riadiacich uzlov) až po ACO alebo ZDC len s jedným riadiacim počítačom. Existuje niekoľko nedetektorových projektov, ktoré poskytujú centralizované služby (ovládanie serverov, monitorovanie kozmického priestoru, riadenie prístupu, globálne premenné, DIM server) alebo komunikujú s externými systémami (elektrina, chladenie, ventilácia, magnetické riadenie, monitorovanie prostredia, bezpečnostný systém moniturujúci radiáciu detektora, systémy LHC , kontrola plynu Vrstva poľaDCS sa skladá z mnohých typov zariadení - napájacie zdroje, procesory VME, na mieru robené front-end DCS dosky, dosky TELL používané v projektoch súvisiacich s LHC , dosky ELMB používané hlavne na monitorovanie, PLC kontroléry a iné komerčne dostupné alebo na zákazku vyrobené zariadenia. Kým veľká väčšina zariadení komunikuje cez Ethernet (procesory, dosky s integrovaným Linuxom, ale aj väčšina napájacích zdrojov), používa sa aj niekoľko priemyselných zberníc (CANbus, Profibus, Modbus, RS232, VME / VXI, JTAG ).

WinCC OA tutorial pre začiatočníkov WinCC OA tutorial pre pokročilých

ALICE DCS OVERVIEW

DCS continuously ensures secure and stable operation of all sub-detectors as well as the entire ALICE detector. DCS provides remote control and monitoring of all systems. DCS uses various industrial as well as custom devices such as low and high voltage power supplies, PLC computers, custom made data acquisition boards or front-end electronics. They are hierarchically interconnected within a distributed control system. The majority of these devices communicate via Ethernet, controlled either by industrial standards such as OPC or the DIM protocol developed at CERN. Other devices use other industry standard buses such as CANbus, Profibus or RS232.

Supervision of individual devices is provided by SCADA/HMI software WinCC OA from Siemens using the JCOP framework. WinCC interface enables a single operator to operate the whole ALICE experiment. Within the ALICE experiment, each detector has its own independent distributed control system containing from 2 up to 16 WinCC OA systems. All of these systems are interconnected by a central DCS , comprising together one complex system. Control hierarchy of the entire detector and all its subsystems is made up of finite state machines (FSM) organized into multi-layer tree structure.

The mission of the DCS of ALICE experiment is to provide an overall supervision of the experimental apparatus, ensuring correct and safe operation during the physics data taking and also during the standby periods. Operating in a continuous 24/7 mode most of the year, the DCS performs hierarchical control of the 20 subdectors of ALICE , supervises common systems and infastructure services and communicates with external systems. Full remote control and monitoring is required for the devices located in the underground areas inaccessible during the beam time.

OVERALL DCS DESIGN

The DCS partitioning and control hierarchy follows the logical structure of the experiment. There are 20 subdetectors of different complexities and sizes, ranging from TPC and TRD (10 supervisory control nodes) down to ACO or ZDC with just one control computer. There are several non-detector projects that provide centralized services (rack control, spaceframe monitoring, access control, global variables, DIM server) or communicate with the external systems (electricity, cooling, ventilation, magnet control, environment monitoring, radiation monitoring detector safety system, LHC services, gas control). The field layer of the DCS consists of many different types of devices - power supplies (HV and LV supplies of several manufacturers), VME processors, custom made front-end DCS boards, TELL boards used in LHC -related projects, ELMB boards used mainly for the monitoring, PLC controllers and other commercially available or custom made equipment. While a large majority of the devices communicate via Ethernet (processors, boards featuring embedded Linux, but also a majority of the power supplies), there are also several industrial buses in use (CANbus, Profibus, Modbus, RS232, VME/VXI, JTAG).

WinCC OA tutorial for beginers WinCC OA tutorial for Advanced