Газета Национального исследовательского
Томского политехнического университета
Newspaper of National Research
Tomsk Polytechnic University
16+
Основана 15 марта 1931 года  ♦  FOUNDED ON MARCH 15, 1931
Архив номеров Поиск

Наши в ЦЕРНе

Ученые ТПУ участвуют в проектах крупнейшего в мире центра ядерных исследований

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АКТИВНО ПОДКЛЮЧАЕТСЯ К ПРОЕКТАМ ЕВРОПЕЙСКОГО ЦЕНТРА ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (ЦЕРН). В МЕЖДУНАРОДНЫХ КОЛЛАБОРАЦИЯХ ЦЕРНА ПОЛИТЕХНИКИ ИССЛЕДУЮТ ТЕМНУЮ МАТЕРИЮ, ОСУЩЕСТВЛЯЮТ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ БОЛЬШОГО АДРОННОГО КОЛЛАЙДЕРА, А МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ ВУЗА УЧАСТВУЮТ В КАЧЕСТВЕ СТАЖЕРОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ATLAS НА КОЛЛАЙДЕРЕ. О ТОМ, КАК ПОЛИТЕХНИКАМ ЖИВЕТСЯ И РАБОТАЕТСЯ В ЦЕРНЕ, В КАКИХ ПРОЕКТАХ ЦЕНТРА СЕГОДНЯ УЧАСТВУЕТ ВУЗ, ЧИТАЙТЕ В НАШЕМ МАТЕРИАЛЕ.

О жизни в Швейцарии и эксперименте ATLAS

Этой осенью первые стажеры Томского политехнического университета, трое молодых ученых, отправились на долгосрочную стажировку в Европейский центр ядерных исследований. Татьяна Корчуганова, инженер-проектировщик кафедры электроники и автоматики физических установок Физико-технического института, Валерий Парубец, специалист кафедры прикладной математики Института кибернетики, и Максим Губин, ведущий программист кафедры оптимизации систем управления Института кибернетики, принимают участие в эксперименте ATLAS («АТЛАС») на Большом адронном коллайдере. О своих буднях вЦЕРНе газете «За кадры. ТПУ» рассказал один из стажеров — Максим Губин.

Дневник стажера ТПУ

Утро: на работу через две страны

Утро в ЦЕРНе начинается в 7:30. В 8:58 я сажусь возле своего хостела в шаттл, который отвозит меня в ЦЕРН. Шаттлом здесь называют маленький пассажирский автобус для сотрудников, который ходит каждые 40 минут, проезд в нем бесплатный. Дорога до моей лаборатории на нем занимает 15 минут.

ЦЕРН состоит из двух частей. Его швейцарская часть (Meyrin site) находится вблизи пригорода Женевы — Мейрин, французская (Prevessin site) — возле городка Превессен-Моэн. Расстояние между ними около 6 километров.

Я работаю в Prevessin site, мне добираться ближе. Татьяна и Валерий — в Meyrin site. Дорога на шаттле оттуда занимает около часа. Им по пути на работу и назад приходится дважды в день пересекать границу между Швейцарией и Францией. Впечатления очень необычные.

Начало рабочего дня: в лабораторию с навигатором

Приехав в ЦЕРН, здесь нужно еще не заблудиться: это целый город. Большая его часть, порядка 450 га, пролегает по территории Франции, более 100 га — по территории Швейцарии. Здесь постоянно работают около трех тысяч ученых. Порядка 8,5 тыс. физиков и инженеров из университетов и институтов более 80 стран мира участвуют в международных экспериментах ЦЕРНа и работают в центре временно.

Но я здесь еще ни разу не потерялся. Сразу по прилету скачал бесплатное мобильное приложение с картой. Нашел его в Google Market. Также по ссылке maps.cern.ch доступна интерактивная карта ЦЕРНа.

Инфраструктура центра включает рабочие кабинеты, лаборатории, производственные помещения, склады, залы для конференций, жилые помещения, столовые. Еще порядка 80 км занимает комплекс ускорителей центра, расположенных под землей на глубине до 100 метров. В их числе и коллайдер. По подземным тоннелям сотрудники ЦЕРНа передвигаются на велосипедах, а между наземными зданиями циркулируют четыре автобусных маршрута.

Интересно, что все улицы здесь названы в честь великих ученых в области математики, физики и химии: Паули, Эйнштейна, Резерфорда, Фейнмана и многих других.

Рабочий день: Big Data и глобальные задачи

В 9:30 я на рабочем месте. Вместе с Валерием и Татьяной мы закреплены за IT-департаментом центра. Несмотря на то, что работаем в одной коллаборации ЦЕРНа — ATLAS, лаборатории у нас разные. Валерий занимается оптимизацией хранилища данных с коллайдера в здании 1, Татьяна — мониторингом этих данных в здании 28, по соседству с лабораторией эксперимента ELENA, в которой изучают антиматерию. Моя лаборатория расположена в здании 892. Я занимаюсь анализом производительности вычислительных задач сети Grid, куда стекаются все данные ЦЕРНа. Область, которую мы изучаем, — Big Data (анализ и хранение больших объемов данных). Это одно из ключевых направлений в развитии современных информационных технологий. Сегодня объемы информации стремительно растут, классические методы обработки с ними справляться уже не в состоянии, специалисты в области IT ищут новые методы. Для решения этой глобальной задачи ЦЕРН является наилучшим местом. Данные, которые поступают в систему с Большого адронного коллайдера, исчисляются терабайтами в секунду, и мы должны научиться работать с информацией таких колоссальных объемов.

Обед на фоне Альп и вода из-под крана

В 11:30 — обед. На территории ЦЕРНа три кафетерия — два на швейцарской стороне и один на французской. Приятно радуют цены. Швейцария — страна дорогая. Обед в кафе Женевы может в среднем обойтись в 20 евро (1,5 тыс. рублей). В ЦЕРНе он стоит около 5 евро — в четыре раза дешевле. Татьяне очень нравится, что столики в кафе находятся под открытым небом, поэтому во время обеда можно наслаждаться видами Альп, полей, дышать чистым горным воздухом. Восхищает качество водопроводной воды. Местные жители этим очень гордятся. В Женеве воду можно пить прямо из-под крана, не используя фильтров. Во всех кафе Женевы питьевая вода бесплатная, на улицах города стоят питьевые фонтаны.

Мекка для туристов

18:00 — конец рабочего дня. Возвращаюсь в хостел, бегу по магазинам (они в Европе работают максимум до 19:30, что необычно для россиянина), затем готовлю ужин, общаюсь с родными и друзьями по скайпу. В выходные выбираемся с ребятами в Женеву — знакомимся с достопримечательностями. Впрочем, самая главная для нас достопримечательность — это наша работа, ведь ЦЕРН — уникальнейший и самый крупный научный центр мира. Здесь проходят бесплатные экскурсии для школьников, студентов и одиночных туристов. Каждый день к «Глобусу науки» (здание 33, CERN Reception) приезжают экскурсионные автобусы. Мы с коллегами пока не успели исследовать ЦЕРН целиком, но очень об этом мечтаем. Впрочем, времени впереди еще достаточно, ведь в ЦЕРНе нам предстоит работать не менее полугода.

Важно!

Как стать стажером ЦЕРНа

У ЦЕРНа большое количество образовательных программ для студентов и молодых ученых. Ознакомиться с ними можно по ссылке. Для участия в стажировке необходимо оформить заявку и предоставить перечень документов, указанных на сайте. Также обязателен отзыв (рекомендация) ведущего ученого в той области, по направлению которой будет проходить стажировка в ЦЕРНе. Такой можно получить в ходе собеседования с ведущими учеными Центра RASA в Томске, которые регулярно приезжают в Томский политех. Информация о времени их проведения появляется на сайте ТПУ.

Как отправиться на экскурсию в ЦЕРН

Попасть в ЦЕРН можно и в качестве туриста. Посетители ЦЕРНа могут увидеть установки для разгона частиц, посетить комнаты контроля и экспериментальные лаборатории, а также все самые важные системы, обеспечивающие работу коллайдера. Экскурсии бесплатные. Предварительная запись на сайте. Далее необходимо выбрать для себя группу (школьники до 12 лет, студенты или индивидуальные туристы) и оформить заявку. Отправить интересующие вопросы можно на e-mail: cern.reception@cern.ch.

Вид с остановки.
Улицы в ЦЕРНе носят имена известных ученых в области математики, физики и химии.
Открытое кафе в ЦЕРНе.
В здании, где расположен секретариат ATLAS, есть изображение поперечного сечения детектора ATLAS в 100%-м масштабе.
Улица Женевы.
Мобильное приложение- путеводитель по ЦЕРНу.
Аллея перед административным зданием ЦЕРНа.
Административное здание в ЦЕРНе.
Автовокзал перед хостелом CERN (с которого на шаттле уезжает Максим).
ЦЕРН.
Справка

«АТЛАС» — один из четырех основных экспериментов на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Он предназначен для исследований в области физики элементарных частиц. Это один из двух экспериментов, в процессе которых был открыт бозон Хиггса. ЦЕРН — крупнейший международный научный центр в области ядерной физики. В числе его ускорительных установок — Большой адронный коллайдер (LHC), крупнейший ускоритель в мире, на котором учеными центра найден бозон Хиггса — частица, отвечающая за появление инертной массы у элементарных частиц.

Шесть основных экспериментальных установок Большого адронного коллайдера:

ALICE — A Large Ion Collider Experiment — установка, оптимизированная для изучения столкновений тяжелых ионов.

ATLAS — A Toroidal LHC ApparatuS — эксперимент проводится на одноименном детекторе, предназначенном для исследования протон-протонных столкновений. В проекте участвуют около 2000 ученых и инженеров из 165 лабораторий и университетов из 35 стран, в том числе и из России. Эксперимент предназначен для поиска сверхтяжелых элементарных частиц, таких как бозон Хиггса и суперсимметричные партнеры частиц Стандартной Модели. В рамках эксперимента ATLAS ученые также разрабатывают новые подходы к анализу и хранению данных большого объема (Big Data).

CMS — Compact Muon Solenoid, CMS — компактный мюонный соленоид, один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц на Большом адронном коллайдере, благодаря которому учеными был получен бозон Хиггса. CMS — одна из крупнейших международных научных коллабораций в истории. Участие в CMS эксперименте принимают свыше 3000 ученых из 42 стран мира.

LHCb — Large Hadron Collider beauty experiment — Эксперимент проводится на самом маленьком из четырех основных детекторов на Коллайдере для исследования асимметрии материи и антиматерии в взаимодействиях b-кварков. 14 июля 2015 года LHCb заявил об открытии класса частиц, известного как пентакварки. Их существование было доказано с использованием Большого адронного коллайдера.

TOTEM — Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation — установка находится на том же пересечении пучков IP5, что и CMS, и предназначена для измерения полных сечений, упругих взаимодействий и дифракционных процессов. Цель эксперимента — изучение рассеяния частиц на малые углы при близких пролетах без столкновений (так называемые несталкивающиеся частицы, forward particles), что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера.

LHCf — Large Hadron Collider forward — экспериментальная установка, предназначенная для измерения числа и энергии нейтральных пионов, вылетающих в направлении, которое практически совпадает с направлением сталкивающихся протонов. Установка состоит из двух детекторов, находящихся на удалении 140 м по обе стороны от точки пересечения пучков IP1, на которой находится установка ATLAS. Данные LHCf должны помочь в анализе происхождения космических лучей сверхвысоких энергий.

Темная материя, апгрейд коллайдера и петабайты электронных данных

Над какими проблемами ЦЕРНа работают научные коллективы Томского политеха

СЕГОДНЯ УЧЕНЫЕ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАБОТАЮТ СРАЗУ НАД НЕСКОЛЬКИМИ ПРОЕКТАМИ, КОТОРЫЕ В ДАЛЬНЕЙШЕМ БУДУТ ОПРОБОВАНЫ В ЕВРОПЕЙСКОМ ЦЕНТРЕ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, НА БОЛЬШОМ АДРОННОМ КОЛЛАЙДЕРЕ. В МЕЖДУНАРОДНОЙ КОЛЛАБОРАЦИИ ФИЗИКИ, МАТЕМАТИКИ, СПЕЦИАЛИСТЫ УНИВЕРСИТЕТА В ОБЛАСТИ IT ИЩУТ ОТВЕТЫ НА ЗАГАДКИ НАШЕЙ ВСЕЛЕННОЙ И ЗАНИМАЮТСЯ РЕШЕНИЕМ АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ.

Сборка детектирующей системы для установки P348 на ускорителе SPS (темная материя).
Справка

Международная ассоциация русскоговорящих ученых (Russian-speaking Academic Science Association, RASA) — это неправительственная некоммерческая организация, основанная в 2008 году. Работает в Азии, Европе и США. Основная цель — сохранение, укрепление и развитие единого интеллектуального и культурного пространства русскоговорящего научного сообщества.

Об ускорителе

Ускоритель SPS — протонный суперсинхротрон (Super Proton Synchrotron, SPS) — кольцевой ускоритель частиц ЦЕРНа с длиной кольца 6,9 км. Используется в качестве заключительного предускорителя протонных пучков для Большого адронного коллайдера, а также для отдельных исследований как источник протонов.

Найти неведомое

Ученые Физико-технического института ТПУ в составе международной научной коллаборации P348 в ЦЕРНе исследуют темную материю и занимаются поиском темного бозона — гипотетической частицы-посредника, переносящей дополнительные взаимодействия между нашим, видимым, миром и темной материей.

После открытия бозона Хиггса центральной проблемой в физике элементарных частиц является исследование фундаментальной проблемы происхождения и природы темной материи, вносящей значительный вклад (порядка 23 %) в массу нашей Вселенной. Результаты научных исследований показали, что видимая часть Вселенной составляет лишь 5 %. Остальные 95 % — темная энергия (72 %) и темная материя (23 %).

Новая частица аналогична обычному фотону — кванту света, переносящему электромагнитные взаимодействия между элементарными частицами, но, в отличие от него, обладает массой. Получить интенсивность вторичных пучков электронов и мюонов, достаточную для поиска сигнала от темного бозона, возможно только в ЦЕРНе.

В мае этого года ученые ТПУ совместно с коллегами из ведущих институтов, университетов и научных центров России, Чили, Швейцарии и Германии начали совместные исследования на суперпротонном синхротроне (SPS). Пробный сеанс на ускорителе проходил с 23 сентября по 7 октября. После эксперимента ученые приступили к обработке и анализу полученных данных. Подготовка к главному эксперименту на ускорителе в настоящее время продолжается.

Набрать обороты

Другая часть исследований для ЦЕРНа осуществляется политехниками в лабораториях Центра RASA в Томске, который начал свою работу на базе ТПУ в 2015 году. Центр состоит из шести лабораторий, возглавляемых русскоговорящими учеными, сотрудниками ведущих мировых университетов. Так, на базе Лаборатории разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA при ТПУ, совместно с физиками лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL), политехники будут осуществлять совместную разработку комплекса по измерению протонного пучка Большого адронного коллайдера. Разработка позволит измерить параметры пучка на еще более высоких мощностях, чем те, что существуют сегодня. Скорость частиц в коллайдере на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. В ближайшем будущем, с целью продолжения экспериментов, ученые ЦЕРНа планируют увеличить интенсивность протонного пучка в два раза. Если это сделать сейчас, оборудование не выдержит высокой нагрузки, поэтому в настоящее время ЦЕРН вкладывает большие ресурсы в модернизацию оборудования БАК. Ученые из Томска и Лондона разработают диагностическое оборудование для измерения положения и длины протонного пучка. Это будут специальные приборы — мониторы, контролирующие параметры пучков заряженных частиц, не искажая при этом чистоты эксперимента на коллайдере. Предложение ученых уже включено в систему заявок ЦЕРНа. После 2018 года начнется период защиты прототипов разработок. Еще одна лаборатория Центра RASA в Томске, базирующаяся в ТПУ — Лаборатория обработки и анализа больших данных (Big Data Analytics and Technologies Laboratory) — разрабатывает системы хранения больших объемов информации, система позволит за секунды получать информацию, на получение которой раньше могли уходить часы. Системы разрабатываются в рамках эксперимента ATLAS и будут опробованы в экспериментах ЦЕРНа. Ученые ТПУ уже успешно выполнили пилотный проект для лаборатории. Им удалось соединить классический подход к хранению информации и опыт социальных сетей.

Виталина Михетко