INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
CERN se bavi fizikom elementarnih estica.
malo = kvantno: px ~ brzo = relativistiko: E ~ mc2 ~ pc _____________________________________________ malo + brzo = visoke energije: E ~ c/x
LHC ~ 2 * 7 TeV ~ 10-17 cm atom ~ 10-8 cm vi ~ 102 cm
LHC je najvei mikroskop na svetu koji vidi stvari koje su onoliko puta manje od atoma koliko ste vi od njih vei.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Na LHC-u se vide dve od tri fundamentalne interakcije: jaka elektroslaba = elektromagnetna + slaba, ali ne i najslabija interakcija, tj. gravitacija.
Ovo je na neki nain i srea jer ni posle 80 godina ne znamo da kvantizujemo gravitaciju, no znamo da e ta teorija sadrati sve tri univerzalne konstante u prirodi: , c, i G.
Plankova duina = (G/c3) ½ ~ 10-33 cm
Za ovo nam treba ak 1016 puta bolji mikroskop od LHC-a! Treba nam i sasvim nova teorija. No dimenziona analiza radi.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Vaši uenici znaju za gravitacionu interakciju (a najslabija je), tek ponešto znaju (o delu) elektroslabe, a baš ništa o jakoj interakciji. Zašto?
A ujedno, što ih ne uite dimenzionoj analizi? Na primer, što ne bi znali da ugrubo procene koliki su efekti kvantne gravitacije na LHC skalama?
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Efekti kvantne gravitaciju su zanemarljivi na LHC skalama, no to ne znai da klasina gravitacija (opšta teorija relativnosti) nema veze sa LHC-om.
Primenjena na itav kosmos klasina gravitacija predvia njegovo širenje, odnosno nastanak u singularitetu (velikom prasku). Kosmos se za 13 milijardi godina raširio i ohladio (na 3K), no na samom poetku je bio veoma mali i veoma vru. Dakle, LHC nije samo mikroskop, nego i “teleskop” kojim eksperimentalno izuavamo fiziku ranog svemira.
Tako sazajemo (izmeu ostalog) o nastanku najveih struktura u svemiru: praznina (voids) i jata galaksija.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Klasina gravitacija je mnogo sklona singularitetima. Pored ovog kosmološkog postoji i jedan drugi – crne rupe.
Crne rupe su klasino stabilne. Ne znamo da ih kvantizujemo, no (ako su dovoljno masivne) moemo da ih tretiramo semi- klasino. Tako otkrivamo da one isparavaju, to bre što su manje. Velike crne rupe su “gutai svetova”, njihovi mini roaci, ako postoje, su samo nova vrsta estica koje se brzo raspadaju, dakle uopšte nisu crne.
Neki teorijski modeli predviaju postojanje mini crnih rupa koje bi se mogle stvarati u LHC-u. Njihovo otkrie je malo verovatno, no bilo bi signal revolucionarnog prodora u fizici.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Videli smo da postoji prelepa veza izmeu fenomena na najveim i najmanjim skalama. Tu se bije bitka za novu fiziku. Mi u toj bitci (izgleda) neemo imati predstavnike jer:
Kod nas su astronomija i astrofizika odvojene od fizike. Na dodiplomskim studijama fizike se ne izuava opšta teorija relativnosti.
Krivica nije samo na vašim profesorima, jer i vi ste neiji profesori. Fizika je iva i uzbudljiva disciplina, a to znai da vaše obrazovanje ne prestaje kad diplomirate.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
4 eksperimenta (ATLAS, ALICE, CMS, LHCb) ~ 40 miliona sudara u sekundi Posle filtriranja ~ 100 sudara od interesa u sekundi ~ 1MB podataka po sudaru
Gruba procena koliine podataka za skladištenje: 100 MB u sekundi, odnosno 1PB = 109 MB meseno CERN raunarski centar moe da sauva tek nekoliko meseci LHC podataka – neophodno distribuirano skladištenje
Poreenja radi, ukupni skladišteni kapacitet ljudskog mozga je priblino 1011 neurona * 103 sinapsi * 10 B = 1015 B = 1 PB
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Kada input daleko prevazilazi hardverske mogunost brute force obrade, nove tehnologije poinju da poprimaju “biološka” svojstva, hijerarhijski odbacujui ogromnu veinu podataka koji se procenjuju kao nebitni. Hardverski triger je analogon obrade video signala u ganglijama neposredno iza oka, a softverski dalje nesvesne obrade u mozgu. Tek ono što proe ide na svesno procesiranje u kori velikog mozga. Evolucija je optimalizovala naš vid da vidimo tigra koji nas napada, a fiziari ATLAS i CMS da vide standardni model.
No, postoje na svetu i mnoge optike iluzije na koje nas evolucija nije pripremila…
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Svetska godišnja produkcija informacija
1 EB (Exabyte)
1 TB (Terabyte)
1 GB (Gigabyte)
Generisanje dogaaja: generisanje estica i njihovih kinematikih osobina Simulacija dogaaja: izraunavanje odgovora detektora iz teorije i karakteristika detektora Rekonstrukcija dogaaja: transformacija signala detektora u fizike veliine (e.g. energija, nelektrisanje estica) Analiza dogaaja: nalaenje sudara slinih osobina i korišenje kompleksnih algoritama za ekstahovanje fizike
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Za potupnu simulaciju jednog sudara (dogaaja) na ATLAS ili CMS detektoru potrebno je ~15 minuta na današnjim PC procesorima Za dobru analizu jednog kanala potrebno je u proseku 100 000 dogaaja Dakle, za potpunu simulaciju samo jednog kanala potrebno je ~ 3 godine procesorskog vremena
Sudar se obrauje 15 minuta ~ 1000 s na jednom procesoru Novi sudar se dešava svakih 0.01 s --------------------------------------------------- LHC-u je potrebna kompijuterska snaga ~100 000 procesora (daleko iznad mogunosti raunarskog centra CERN-a)
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Oba osnovna raunarska zahteva LHC-a imaju prefiks Peta: Godišnje skladištenje podataka ~ 10 PB = 1016 B Brzina ~ 1 Petaflops = 1015 operacija u sekundi (105 raunara * 10 Gflops = 1 Petaflops)
LHC je na ovaj nain definisao performanse današnjeg superraunarstva.
Danas postoje dve realizacije ovakvih performansi, obe su zasnovane na masivnoj paralelizaciji (veliki broj procesora povezanih brzim mreama): Dedikovani superraunari GRID
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Amerika Roadrunner (LANL), Jaguar (ORNL)
Evropa Jugene (FZJ) plan: 3-5 mašina u 2010. (PRACE projekat)
Japan plan: 10 Pflops mašina 2011/12.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Pristup globalnoj virtuelnoj raunarskoj laboratoriji praktino neogranienih resursa. Distribuirano udruivanje naunika u virtuelne organizacije. Transparentni i intuitivni pristup distribuiranim podacima, naunim senzorima i raunarskim resursima. GRID poiva na sofisticiranom softveru (middleware) koji obezbeuje jednostavnu i bezbednu komunikaciju izmeu udaljenih raunarskih resursa razliitih vrsta. GRID pretraivai ne nalaze samo podatke, ve i tehnike obrade tih podataka i resurse koji e sprovesti te obrade. Raunarski zahtevi se u GRID-u automatski razvrstavaju po svetu, izvršavaju tamo gde postoje potrebni resursi, a zatim se rezultati tih obrada šalju nazad nauniku.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
CERN je pre 20 godina bio “Petrijev sud” u kome je nastao WEB koji je obezbedio jednostavni globalni pristup informacijama.
GRID predstavlja sledei evolucioni korak kojim se obezbeuje jednako jednostavni pristup kolektivnoj procesorskoj snazi i skladištenom potencijalu planete.
GRID je postao realnost. GRID infrastruktura projeka EGEE danas obezbeuje informatiku podršku ne samo za LHC i fiziku visokih energija, nego i za mnoge druge oblasti tzv. eNauke (e.g. nanotehnologija, simulacije klimatskih promena, dešifrovanje genoma i proteoma, dizajniranje lekova)
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
290 institucija 55 zemalja ~ 150 000 procesora ~ 60 PB prostora ~ 100 M€ budet (6 godina) lnformatika infrastruktura LHC Liderska uloga Evrope Katalizator velikog broja visokotehnoloških meunarodnih projekata
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Dupliranje broja tranzistora na ipu svake 2 godine. Dakle, ugrubo, linearne dimenzije elemenata se prepolove svake 4 godine. Pokreta ovoga je brzina svetlosti. Barijere su veliina atoma i termodinamika.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009
Performanse superraunara se udvostruuju svake godine, jedna decenija donosi ubrzanje od 210 ~ 103. Osnovni uzrok rasta je sada paralelizacija.
Kada su LHC i njegovi detektori bili planirani, raunarstvo na “peta” skalama je izgledalo kao nauna fantastika. Veliki nauno tehnološki poduhvati kao LHC nas ue da se nauni metod moe uspešno koristiti za racionalno planiranje budunosti. Ovo je za društvo verovatno najvanija upotrebna vrednost fiziara. Danas ne treba da budemo ni malo manje ambiciozni. Vreme je da razmatramo izazove 2050. Kompleksnost sa kojom emo tada moi da se suoimo je 1012 puta vea od one koja nam je danas dostupna. Pred oveanstvom je više relevantnih problema, no treba imati puno mašte pa zamisliti probleme ove sloenosti. No da li e se eksponencijalni rast nastaviti?
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Energija ograniava brzinu raunanja (relacija neodreenosti) Entropija ograniava skladišteni kapacitet Konanost brzine svetlosti namee miniturizaciju, a njen krajnji domet je Švarcildov radijus 2mG. Toplotna disipacija je suštinski problem, no vei deo informatike obrade se moe bazirati na reverzibilnim procesima. Kljuni ireverzibilni je popravka grešaka.
Raunar teine laptop-a ne moe biti bri od 1035 Pflops, niti imati više od 1015 PB memorije. Ovo je nauna fantastika, no silazak skoro do atomskih dimenzija je realistian, kao i zapreminsko pakovanje. Imamo bar još pola veka rasta.
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE
Blue Danube