of 27 /27
Aleksandar Bogojević Institut za fiziku, Beograd INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

Aleksandar Bogojević Institut za fiziku, Beograd · Aleksandar Bogojević Institut za fiziku, Beograd INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE Serbian physics teacher outreach program, CERN,

  • Author
    vutruc

  • View
    221

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Aleksandar Bogojević Institut za fiziku, Beograd · Aleksandar Bogojević Institut za fiziku,...

  • Aleksandar BogojeviInstitut za fiziku, Beograd

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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) ~ 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

  • Vai uenici znaju za gravitacionu interakciju (a najslabija je), tek poneto znaju (o delu) elektroslabe, a ba nita o jakoj interakciji. Zato?

    A ujedno, to ih ne uite dimenzionoj analizi? Na primer, to 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 (opta teorija relativnosti) nema veze sa LHC-om.

    Primenjena na itav kosmos klasina gravitacija predvia njegovo irenje, odnosno nastanak u singularitetu (velikom prasku). Kosmos se za 13 milijardi godina rairio 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 kosmolokog 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 to su manje. Velike crne rupe su gutai svetova, njihovi mini roaci, ako postoje, su samo nova vrsta estica koje se brzo raspadaju, dakle uopte 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 opta teorija relativnosti.

    Krivica nije samo na vaim profesorima, jer i vi ste neiji profesori. Fizika je iva i uzbudljiva disciplina, a to znai da vae obrazovanje ne prestaje kad diplomirate.

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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 skladitenje: 100 MB u sekundi, odnosno 1PB = 109 MB meseno CERN raunarski centar moe da sauva tek nekoliko meseci LHC podataka neophodno distribuirano skladitenje

    Poreenja radi, ukupni skladiteni kapacitet ljudskog mozga je priblino 1011 neurona * 103 sinapsi * 10 B = 1015 B = 1 PB

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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 bioloka 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 to proe ide na svesno procesiranje u kori velikog mozga. Evolucija je optimalizovala na 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

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

    Svetska godinja produkcija informacija

    LHC ~ eksperimenta ~ 10% svetske godinje produkcije 1 PB (Petabyte)

    1 EB (Exabyte)

    1 TB (Terabyte)

    1 GB (Gigabyte)

    Svetska godinja proizvodnja knjiga

    Jedan DVD film

    1 MB (Megabyte) Jedna digitalna fotografija

  • 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 korienje 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 dananjim 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 deava 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: Godinje skladitenje 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 dananjeg 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

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • Amerika Roadrunner (LANL), Jaguar (ORNL)

    Evropa Jugene (FZJ) plan: 3-5 maina u 2010. (PRACE projekat)

    Japan plan: 10 Pflops maina 2011/12.

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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, izvravaju tamo gde postoje potrebni resursi, a zatim se rezultati tih obrada alju 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 skladitenom potencijalu planete.

    GRID je postao realnost. GRID infrastruktura projeka EGEE danas obezbeuje informatiku podrku ne samo za LHC i fiziku visokih energija, nego i za mnoge druge oblasti tzv. eNauke (e.g. nanotehnologija, simulacije klimatskih promena, deifrovanje genoma i proteoma, dizajniranje lekova)

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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 visokotehnolokih meunarodnih projekata

  • INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • 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 tehnoloki poduhvati kao LHC nas ue da se nauni metod moe uspeno koristiti za racionalno planiranje budunosti. Ovo je za drutvo 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 vie relevantnih problema, no treba imati puno mate pa zamisliti probleme ove sloenosti. No da li e se eksponencijalni rast nastaviti?

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • Energija ograniava brzinu raunanja (relacija neodreenosti) Entropija ograniava skladiteni kapacitet Konanost brzine svetlosti namee miniturizaciju, a njen krajnji domet je varcildov radijus 2mG. Toplotna disipacija je sutinski problem, no vei deo informatike obrade se moe bazirati na reverzibilnim procesima. Kljuni ireverzibilni je popravka greaka.

    Raunar teine laptop-a ne moe biti bri od 1035 Pflops, niti imati vie od 1015 PB memorije. Ovo je nauna fantastika, no silazak skoro do atomskih dimenzija je realistian, kao i zapreminsko pakovanje. Imamo bar jo pola veka rasta.

    INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

  • INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009

    Blue Danube

  • INSTITUTE OF PHYSICS BELGRADE

    Serbian physics teacher outreach program, CERN, 26-31 October 2009