CERNとは何ですか?

2012 年に研究者らは、科学の勝利を象徴するヒッグス粒子と思われるものを発見したと発表しました。しかし、研究者たちは望遠鏡を覗いたり、宇宙船から収集したデータを分析したりしてこの発見をしたわけではありません。彼らは、世界中の衝突型加速器、特にスイスのジュネーブにあるCERNでの数十年にわたる骨の折れる研究を通じてヒッグスを発見した。

CERNとは何ですか? CERN は、Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (または欧州原子核研究センター) の略です。ヒッグス粒子の寿命は限りなく短いため、彼らの研究は骨の折れる作業でした。まばたきにかかる時間よりもはるかに短い時間で、より小さな粒子に分解されます。 CERN の科学者たちは、とらえどころのない粒子の追跡に数十年にわたって 100 億ドルを費やしました 。

この発見により、CERN がトップページに掲載されました。しかし、ほとんどの人は、CERN の科学者が実際に何をしているのかをまだ知りません。私たちはそれをお手伝いできます。

CERN 内部

CERN は主に素粒子物理学に焦点を当てており、1950 年代から存在しています。 第二次世界大戦の終結時、ヨーロッパは混乱に陥り、科学界も混乱に陥りました。米国の科学者には、ヨーロッパから引き抜かれた者も多く含まれており、物理学の分野で主導権を握っていた。

1949年、フランスの量子物理学者ルイ・ド・ブロイは、多国籍の原子物理学研究所を創設することでヨーロッパが科学の栄光を取り戻そうと提案した。

CERN メンバーとオブザーバー

数年後、CERN がジュネーブ郊​​外に誕生、建設されました。 12の建国国には、ベルギー、デンマーク、フランス、西ドイツ、ギリシャ、イタリア、オランダ、ノルウェー、スウェーデン、スイス、イギリス、ユーゴスラビアが含まれていた。

2023年1月現在、イスラエル、ポーランド、フィンランドを含む23か国がCERN加盟国であり、各国はCERN理事会（意思決定機関）で2枠を獲得しているが、そのような決定については1票で投票できる。 CERNのファビオラ・ジアノッティ事務局長が実質的にリーダーとして機能する。

米国は加盟国ではなく、オブザーバー国です。つまり、会議に出席して情報を得ることができますが、CERN の問題について投票することはできません 。 (米国について言えば、いくつかの LHC コンポーネントの建設に 5 億 3,100 万ドルを寄付しました。)

CERN の目標

CERN の仕事は、宇宙がどのように機能するかを解明することでした。大したことないですよね？

科学者たちは、この記念碑的な課題を達成するための最良の方法は、亜原子粒子を互いに衝突させる巨大な機械を構築することであると決定しました。これらのいわゆるアトムスマッシャーによって、研究者が宇宙誕生直後の時代を垣間見ることができるのではないかという期待があった。

したがって、CERN は 1957 年にその最初の加速器であるシンクロサイクロトロンの建設を開始しました。シンクロサイクロトロンは墜落し、33 年間の運用を途中で打ち砕かれました。 CERNは現在、スイスとフランスの国境にまたがる複合施設内で複数の加速器と1つの減速器を運用している。実験の費用は加盟国に分散されます。

CERNで働く

2014 年までに、2,400 人のフルタイム職員と 1,500 人のパートタイマーが CERN で働き、600 以上の研究機関や大学がその施設にアクセスして、反物質、ブラック ホール、素粒子、宇宙などのさまざまな謎の解明を始めました。ビッグバンの直後に起こった出来事。

さらに、113 か国から 10,000 人の科学者（地球上の全素粒子物理学者の半数）が毎年研究のために CERN を訪れます。そしてそれは科学者だけではありません。

エンジニア、実験物理学者、さらには会計士など、人々はさまざまな仕事に就いています。 CERN は常に他の国の上級科学者を考慮しますが、加盟国の科学者はそのポジションで最初の亀裂を得ることができます。

世界をつなぐ

1989 年、英国の科学者ティム バーナーズ リーは、ハイパーテキスト転送プロトコル (http) を開発してワールド ワイド ウェブの発明に貢献しました。バーナーズ-リーは、世界中の科学者がデータを共有できるように、対話型コンピューターのネットワークを構築することに熱心でした 。

心臓部のハドロン（衝突型加速器）

ヨーロッパの研究所の中心には、世界最大かつ最も強力な粒子加速器、 大型ハドロン衝突型加速器(LHC) と呼ばれる原子破壊装置があります。

CERN の大型ハドロン衝突型加速器は、超伝導磁石の 17 マイル (27 キロメートル) のリングと、銃の弾丸のように装置を通して高エネルギー粒子を発射する一連の加速器で構成されています。この衝突型加速器は地下 100 メートル (328 フィート) に位置し、粒子ビームを一方向に発射し、別のビームは反対方向に進みます。

カドーン！カブラム！スプラット！

必要な感嘆符を使用してください。最高速では、粒子は光の速度の 99.9999991 パーセントで各粒子に衝突します 。

陽子が互いに衝突するたびに、他の粒子の複雑なスプレーが作成されます。それらの粒子の多くは持続時間が 1 秒未満ですが、科学者が追跡できる亜原子のパンくずリストの痕跡を残します。その痕跡をたどるため、科学者たちは 2 つの非常に複雑な粒子検出器を利用しており、これにより宇宙の基本的な構成要素を確認できるようになります。

それらの検出器の 1 つが ATLAS です。この機械は長さ約 148 フィート (45 メートル)、高さ 82 フィート (25 メートル) で、ヒッグス粒子の発見に役立ちました。 ATLAS はノートルダム大聖堂 (大学ではなく大聖堂) の半分の大きさで、重さはエッフェル塔 (ラスベガスではなくパリにあるもの) と同じです。

CERN の科学者は、ATLAS とその他の検出器 (ALICE、CMS、LHCb、LHCf) を使用して、他の次元が存在するかどうか、宇宙にどのような種類の統一力があるかなど、SF 本でしか読まないことを研究しています。暗黒物質の証拠。

ヒッグス粒子の謎の解明に専念した検出器は、ATLAS と CMS の 2 つだけでした。 LHC での CERN の実験はすべて独自のものであり、世界規模で協力する科学者チームによって運営されています。

CERN データの分析: これは大きな仕事です

ほぼ光の速度で粒子を衝突させることは別のことです。これらの衝突からのデータを解釈することは別の話です。

LHC 内の粒子衝突は 1 秒間に 6 億回近く発生します 。これらの衝突から噴出する情報は、原子の内部の仕組みや原子を結合する力について多くのことを伝えることができますが、検出器からのすべての情報を記録することは決してできません。

圧倒的なデータ量

たとえば、ATLAS では、毎秒 100,000 枚の CD にデータを書き込むことができます。その代わりに、ATLAS は他の検出器と同様に、およそ 1 分あたり 27 枚の CD に記録できる量の「ほんの少し」の情報しか記録できません 。

この数字は入手可能な情報の一部にすぎませんが、それでも圧倒的な量です。検出器は検出した情報を CERN データ センターに転送し、そこで技術者と研究者がコンピューターを使用して各衝突をデジタル的に再構築します。

再構成中、科学者は粒子がどのように動作するかについての理論をテストします。彼らは、コンピューターでシミュレートされた衝突と実際の衝突を比較します。 2 つの間の差異は、これまで解明されていなかった新しい科学を意味する可能性があります 。

データセンターは毎日 1 ペタバイトの情報を処理します。すべての情報をペタバイトに収めるには、223,000 枚の DVD が必要になります。

グリッド

これらの驚異的な数字を考えると、CERN のデータハブだけでこのような数字を処理することはできません。その代わりに科学者たちは、世界最大のコンピューティング ネットワークであるワールドワイド LHC コンピューティング グリッド (40 か国の 170 のコンピューター センターからなる団体) に依存しています。

グリッドは「科学のためにこれまでに構築された中で最も洗練されたデータ取得および分析システム」です。 1 日に 200 万以上のジョブを実行し、サーバーから毎秒 10 ギガバイトのデータを転送できます。グリッドがなければ、ヒッグス粒子は発見されなかったかもしれません 。

アトミックバケーション

ジュネーブで休暇を過ごす場合は、CERN を無料で見学できますが、必ず最初に Web サイトにアクセスしてリクエストを送信してください。パスポートまたは身分証明書を忘れないでください。

また、13 歳未満のお子様（グループ ツアーの場合）は、ハイヒール、サンダル、ビーチサンダルと一緒に家に残してください。あなたも喫煙できません。

著者のメモ: CERN の仕組み

もしアインシュタインが 2012 年にいたら、CERN の研究と発見について聞いて喜んでいただろうと私は思います。私がアインシュタインに言及するのは、彼が世界に教えてきたことを一片でも理解しているからではなく、今日の科学者がアインシュタインの研究をほぼ基礎にしようとしているからです。アインシュタインが多くの時間を費やして研究したことの 1 つは、原子と光がどのように振る舞うかということでした。彼の理論は最終的にヒッグス粒子の存在と発見につながりました。

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