Зачем нужен ЦЕРН

Как Стандартная модель физики частиц сблизила людей

Туннель Большого адронного коллайдера
Туннель Большого адронного коллайдера
Фото: Denis Balibouse / Reuters

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) представила предварительную версию доклада, в котором положительно оценила экономические и социальные последствия воздействия исследовательских инфраструктур Большого адронного коллайдера (БАК) в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРНе). «Лента.ру» решила выяснить, за что ОЭСР похвалила ученых ЦЕРНа, а вместе с этим рассказать об открытиях европейских физиков в области элементарных частиц и интернета.

Кроме фундаментальных и сопутствующих им прикладных исследований в ЦЕРНе Тим Бернерс-Ли с коллегами изобрели вместе с созданием идентификаторов URI (в том числе протокола http) и языка гипертекста HTML технологию всемирной паутины World Wide Web. В 1991 году Бернерс-Ли впервые ввел в работу веб-сервер, сайт и браузер WorldWideWeb.

Работа ученых из ЦЕРНа является иллюстрацией общей ситуации, как фундаментальная наука способствует прогрессу прикладных технологий и всего общества в целом, а ее результаты дают ответ на вопрос о целесообразности подобных исследований.

Соглашение о создании ЦЕРНа было подписано в Париже в 1953 году представителями 12 европейских стран. Сегодня число стран — участников проекта равняется 20, общее количество сотрудников равно примерно 2,5 тысячам человек, дополнительно в ЦЕРНе трудятся около восьми тысяч физиков из 85 стран мира. Россия в ЦЕРНе имеет статус наблюдателя.

Магниты и адронная терапия

Эксперты из ОЭСР особое внимание уделили двум проектам ЦЕРНа: созданию сверхпроводящих магнитов и адронной терапии для лечения раковых опухолей. По мнению экспертов, наработанные в ЦЕРНе технологии по созданию, монтажу и эксплуатации сверхпроводящих магнитов в скором времени найдут широкое применение в массовой промышленности.

Медицинскими исследованиями ЦЕРН занимается с 1986 года. По словам специалистов ОЭСР, основной причиной успеха ученых в адронной терапии являются особенности иерархии в отношениях между учеными, студентами и младшими сотрудниками, позволяющие быстро и легко обмениваться идеями с руководителями лабораторий и административным персоналом.

Адронная терапия в ЦЕРНе основана на работе PIMMS (Proton Ion Medical Machine Study), который был спроектирован за три года — с 1996 по 1999-й. Ученые проекта сотрудничают с онкологическими центрами многих стран мира, например, Национальным центром онкологической адронной терапии в Павии (Италия) и центром MEDAUSTRON в Австрии. Технологии ЦЕРНа используются для создания центров протонной терапии в целом ряде стран. В России — в Институте теоретической и экспериментальной физики имени Алиханова в Москве, где с 1969 года прошли лечение более четырех тысяч человек, а также в Санкт-Петербурге и Дубне, а в Протвино тестируется терапия ионами углерода.

ЦЕРН: физика частиц

В ЦЕРНе был совершен ряд важных открытий в физике элементарных частиц, например, обнаружение нейтральных токов при помощи пузырьковой камеры в первой половине 1970-х годов и промежуточных векторных бозонов электрослабой теории в 1983-м.

Нейтральные токи представляют собой проявление слабого взаимодействия, заключающееся в обмене виртуальными Z0-бозонами между кварками и лептонами без изменения заряда, в отличие от заряженного тока, в котором участвуют W±-бозоны. Существование токов следует из теории электрослабых взаимодействий Салама-Глешоу-Вайнберга, они были теоретически предсказаны авторами в 1973 году. Первоначально наличие таких процессов считалось недостатком электрослабой теории, однако эксперименты в ЦЕРНе изменили такую точку зрения.

Сами частицы, W±- и Z0-бозоны, были открыты в первой половине 1980-х годов в ходе экспериментов на протонном суперсинхротоне (SPS, Super Proton Synchrotron). Коллайдер был рассчитан на энергии порядка 400 гигаэлектронвольт, длина его кольца достигала 6,9 километра. В настоящее время он используется как предускоритель протонов для Большого адронного коллайдера. Открытие бозонов позволило подтвердить правильность электрослабой теории и присудить ее авторам Нобелевскую премию

В 1989 году в ЦЕРНе было определено количество сортов нейтрино (три сорта — электронное, мюонное и таонное). В 1995-м учеными организации впервые получен атом антиводорода, а 2001 году совершено открытие прямого CP-нарушения в двухпионных распадах нейтральных каонов.

CP-сохранение — это инвариантность (неизменность) уравнений теории относительно одновременной замены ее частиц на античастицы (так называемое зарядовое сопряжение) и зеркального отображения положения (в трехмерном пространстве) частиц.

В 2012 году В ЦЕРНе открыли частицу со свойствами бозона Хиггса. Ее масса оценивается в 125-126 гигаэлектронвольт, свойства частицы совпадают со свойствами бозона Хиггса Стандартной модели. Это открытие послужило заключительным этапом подтверждения правильности идей, положенных в основу Стандартной модели.

ЦЕРН: технология World Wide Web

Для нужд ЦЕРНа британский ученый Тим Бернерс-Ли и нидерландец Роберт Кайо изобрели технологию Всемирной паутины World Wide Web (WWW). Работая в 1980 году в ЦЕРНе, Бернерс-Ли написал программу Enquire, представляющую собой систему обмена документами, которая включала в себя гиперссылки, базу данных и возможность редактирования документов.

В 1989-м, используя наработки от Enquire, ученые решили создать глобальную систему связанных гипертекстовых документов — современную WWW. Для этого программисты вместе с коллегами впервые создали идентификаторы URI, в том числе протокол HTTP и язык HTML.

В 1970 и 1980 году уже существовали компьютерные сети, в основном в крупных западных университетах и военных ведомствах некоторых стран. Однако работы Тима Бернерс-Ли и его коллег способствовали широкой унификации и популяризации таких технологий. Ученым удалось в первую очередь существенно улучшить гипертекстовое представление данных и реализовать набор прикладных протоколов, обеспечивающих взаимодействие удаленных серверов, содержащих необходимые данные.

Так, сеть ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), первоначально созданная по инициативе военных (для целей связи в случае войны) в США в 1969 году и считающаяся прототипом Интернета, прекратила свое существование в 1990-м. На момент своего создания она объединяла четыре университета: Калифорнийские университеты в Лос-Анджелесе и Санта-Барбаре, Стэнфордский университет и Университет Юты. В 1973 году к сети были подключены Норвегия и Великобритания. На смену ARPANET пришла NSFNet с увеличенной пропускной способностью, являвшаяся до середины 1990-х годов публичной сетью. В настоящее время на основе NSFNet развивается проект Internet2, предназначенный для высокоскоростной связи мощных серверов.

URI (Uniform Resource Identifier) — универсальный идентификатор ресурса, представляющий собой строку из символов, определяющую название и адрес какого-либо источника данных или документа. URI включает в себя два типа идентификаторов: URL и URN.

URL (Uniform Resource Locator) — единый указатель ресурсов, показывает адрес и название источника. Современные схемы URL включают в себя такие известные протоколы, как, например, ftp, http, https и протоколы skype для одноименной программы для видеосвязи и bitcoin для криптовалюты.

URN (Uniform Resource Name) — унифицированное название ресурса; протокол позволяет идентифицировать документ не по его местоположению, а по другим параметрам, например, по IP-адресу и имени, которое остается в случае использования такого протокола неизменным. Считается, что технология URN придет на смену URL.

HTML (HyperText Markup Language) — типизированный язык разметки гипертекста, используемый в Интернете. Язык создавался Бернерсом-Ли во второй половине 1980-х годов до начала 1990-х в ЦЕРНе и предназначался для облегчения доступа ученых к базам данных, содержащих информацию по физике частиц и технические материалы по устройствам ускорителей. Гипертекст позволяет извлекать информацию из документа нелинейным образом, не читая документ от начала до конца, а переходя по гиперссылкам с одного документа на другой.

В 1991 году Бернерс-Ли в рамках проекта WWW впервые ввел в работу веб-сервер, сайт и браузер WorldWideWeb (позже переименованный в Nexus).

Таким образом, к концу 1980-х годов ЦЕРН стал форпостом использования интернета в Европе. Будучи первоначально закрытой сетью, предназначенной к использованию внутри ЦЕРНа, 30 апреля 1993-го система стала открытой для всего мира.

Начиная с конца 1990-х годов в ЦЕРНе интенсивно развивается технология грид-вычислений (от английского grid — решетка, сеть). Эта система представляет собой объединение компьютеров, мощности которых используются совместным образом для проведения ресурсоемких вычислений. В ЦЕРНе для обеспечения обработки данных, поступающих с Большого адронного коллайдера, функционирует грид LCG (LHC Computing Grid), доступ к которому имеет 11 академических организаций мира, одновременно выступающих резервными хранилищами данных, к которым подключены остальные — примерно 150 — заведений второго уровня.

Считается, что объем данных, генерируемых коллайдером, увеличивается на порядка 10 петабайт (1015 байт) каждый год. Для сравнения, Google в сутки со всего мира обрабатывает данные в объеме немногим менее 30 петабайт.

Обсудить
Наука и техника

Разумная роскошь

Больше не нужно выбирать между красотой и функциональностью
Пришли к успеху
Американская секта порабощала женщин, клеймила их и мучила диетами
Шпион, разлогинься
Мировые корпорации породили свои ЦРУ и КГБ, но проиграли интернету
Шам на крови
Что скрывает павшая столица «Исламского государства»
Пиво и сигареты
Тайная жизнь Северной Кореи
Иссам ЗахреддинХалифат убери
Сирийский терминатор три года косил джихадистов, но взорвался в день победы
Новый пират
Пьяный москвич угнал теплоход и пошел на абордаж
Твой папа педофил
Российские женщины все чаще обвиняют мужей в изнасиловании детей
Векселя исчезают в полдень
В Москве расследуют бесследное исчезновение ценных бумаг на 40 миллионов рублей
Король Сильвестр
Новгородский тракторист стал властелином преступной Москвы
«Замуж за американца не хочу»
История москвички, переехавшей в Лос-Анджелес и ставшей продюсером
Доброе утро, Вьетнам!
Еще одна азиатская страна сошла с ума по караоке
«Ее повел на костер собственный брат»
В отрезанной от мира деревне устроили охоту на ведьм
Жируха
В лондонской канализации нашли мерзкое нечто
Дайте грязи: конкуренты вседорожному хэтчу Kia Rio X-Line
Renault Sandero Stepway, Lada Vesta SW Cross и другие приподнятые бюджетники
Как через Instagram продают машины за миллионы
Соцсети, молодеющие покупатели и другие причуды современного рынка суперкаров
Семиместность не порок
Как из пятиместной Mazda CX-5 получился семиместный кроссовер CX-9
Тест: зачем машине эта штуковина?
Попробуйте угадать, зачем инженеры это придумали
Братва помнит
Чем украшают могилы криминальных авторитетов
Интим предлагать
Секс стал способом решения квартирного вопроса
«Я тупо решила, что теперь ем одну гречку»
Одинокая мать год сидела на крупе, чтобы накопить на квартиру
Раз, два, взяли!
Жилье в Крыму пока еще можно купить за копейки