CERN

Laguna-hanke: Miksi Suomi menetti ison kansainvälisen tutkimuskeskuksen?

Ke, 02/17/2016 - 14:26 By Jari Mäkinen


Suomeen suunnitteilla ollut suuri kansainvälinen neutriinotutkimuskeskus Laguna on peruuntumassa kaavaillussa muodossaan. Nyt vastaavanlaista koeasemaa ollaan suunnittelemassa Yhdysvaltoihin. Aivan neuvottomiksi eivät hanketta ajaneet suomalaistutkijat ole jääneet: Pyhäsalmen kaivokseen kaavaillaan pienemmän mittakaavan tutkimustoimintaa.


Ylen tämänaamuisen uutisen mukaan Laguna-hanke on käytännössä kuopattu ja laitteiston rakentamista Yhdysvaltoihin ollaan suunnittelemassa.

Alkuperäisen ajatuksen mukaan Laguna-hankkeessa olisi Pyhäjärvellä sijaitsevaan Pyhäsalmen kaivokseen rakennettu suuri neutriinoilmaisin, kenties jopa useita, joilla olisi havaittu Genevestä, Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNistä maapallon kuoren läpi ammuttuja hiukkasia. Meidän lävitsemme virtaa koko ajan miljoonia ja miljoonia neutriinoita, mutta näiden erittäin heikosti muun aineen kanssa vuorovaikuttavien hiukkasten tutkimiseksi olisi kaivattu juuri oikeanlaisia hiukkasia, joita CERNissä olisi synnytetty kontrolloiduissa olosuhteissa.

Pyhäsalmen etäisyys olisi ollut juuri sopiva CERNistä, mikä lisäksi olemassa jo oleva kaivos olisi tarjonnut tutkimuslaitteelle lähes ideaalisen sijoituspaikan. Sen kun tulisi olla syvällä maan uumenissa suojassa ylimääräiseltä säteilyltä, mutta samalla paikassa, minne olisi ollut helppo päästä laitteistoa rakentamaan ja käyttämään.

Laguna olisi ollut eräs maailman suurimmista tieteellisistä koelaitteista

Kyseessä olisi ollut neutriinotutkimuksen eräs tärkeimmistä keskuksista, joka olisi tuonut Suomeen runsaasti kansainvälistä tutkimusrahaa ja tutkijoita. Hanketta suunniteltiinkin vuosikymmenen ajan laajan tutkijajoukon voimin, ja viime vaiheessa Pyhäsalmi oli käytännössä voittanut kilpailun laitoksen sijoituspaikaksi.

Kuten aina vastaavissa, suurissa kansainvälisissä tutkimushankkeissa, maat kisaavat siitä kuka saisi laitoksen ja sen tuoman rahavirran sekä kunnian itselleen.

Olikin varsin suuri yllätys, kun virallinen Suomi suhtautui erittäin penseästi Lagunaan ja ilmoitti vuonna 2012, ettei ole kiinnostunut Lagunan saamisesta maahan. Suomi olisi joutunut toki maksamaan myös laitoksesta ja isäntämaana osuus olisi ollut muita suurempi, mutta tehtyjen laskelmien mukaan Laguna olisi tuottanut olennaisesti kustannuksia enemmän.

Hinta ei siis ollut varmasti lopullinen syy negatiiviselle päätökselle, vaan lähinnä tekosyy. Samoihin aikoihin telakkateollisuutta tuettiin suuremmillakin summilla ilman varmuutta tuloksista.

Nähtävästi jo tuolloin poliittisessa ilmapiirissä ollut penseys tutkimusmaailmaa kohtaan vaikuttikin asiaan.

Suomen passiivisuus ja nihkeys sai aikaan sen, että Laguna ei lähtenyt kunnolla liikkeelle, vaan tutkijat alkoivat paitsi pohtia keinoja, joilla laitos saataisiin Pyhäsalmelle Suomen virallisesta kannasta huolimatta, niin myös kartoittaa vaihtoehtoja.

Suunta Atlantin toiselle puolelle

Hankkeessa mukana ollut teoreettisen hiukkasfysiikan professori Kari Rummukainen Helsingin yliopistosta toteaakin, että hanke tunnetaan nyt nimellä DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) ja se on vahvasti menossa Yhdysvaltoihin. 

Suunnitelmissa on Lagunan kaltainen järjestely, missä neutriinot synnytettäisiin Chicagon luona olevassa Fermilabissa, Yhdysvaltain johtavassa hiukkastutkimuskeskuksessa, ja sieltä ne ammuttaisiin noin 1400 kilometrin päässä Etelä-Dakotassa Homestakessa olevaan Sanfordin maanalaislaboratorioon. Kyseessä on noin 1500 metriä syvä entinen kultakaivos.

"Suurin syy uudelle järjestelylle on kansainvälinen tutkimusstrategia", kertoo Rummukainen. 

"Yhdysvallat päätti, että heidän hiukkasfysiikan kokeellinen tutkimuksensa keskittyy ns. 'suureen intensiteettiin', mikä tarkoittaa käytännössä neutriinofysiikkaa. Fermilabissa ollut Tevatron-hiukkastörmäytin pysäytettiin muutama vuosi sitten, sillä CERNin LHC:n vakiinnuttua se oli käynyt tarpeettomaksi. Neutriinofysiikka määriteltiin Fermilabin tulevaisuuden alaksi."

Vaikka CERN onkin eurooppalainen tutkimuskeskus, on myös Yhdysvallat vahvasti mukana sen toiminnassa. Yksi tapa vaihtaa palveluksia toisiin ja turvata yhteistyön jatkuminen oli ehdottaa CERNin voimakkaasti ajaman neutriinotutkimuksen siirtämistä Amerikan mantereen puolelle. Molemmat osapuolet osallistuvat tutkimukseen ja rahoitukseenkin molemmissa hankkeissa, niin LHC:llä Genevessä tehtävään työhön kuin myös uuden neutriinotutkimuslaitteiston rakentamiseen Yhdysvaltoihin.

"Siispä Vaikka Suomi olisikin ollut täysin rinnoin mukana, lopputulos olisi tuskin muuttunut, mutta varmastihan sitä ei voi sanoa", toteaa Rummukainen.

Toisen näkemyksen mukaan Suomen nihkeä kanta antoi hyvän pohjan muuttaa kansainvälistä tutkimusstrategiaa juuri tähän suuntaan.

Päätöksiä ei ole vielä tehty, mutta Rummukaisen mukaan "kyllä tämä lopulliselta nyt näyttää".

"Monet Lagunan tutkijat ovat nyt mukana DUNEssa ja esimerkiksi Laguna-hankkeen johtaja Andre Rubbia on yksi DUNEn johtajista."

Calliolab ponnistaa Lagunasta

DUNEn lisäksi Japaniin ollaan suunnittelemassa hyvin suurta neutriinodetektoria, joten tässä isossa pelissä Suomen nappulat on nyt pelattu.

Sen sijaan huomio Pyhäsalmella onkin käännetty pienempien tutkimuskalojen metsästämiseen. 

Kaivoksessa sijaitsee jo nyt EMMA-niminen kosmisten säteiden ilmaisin, ja sen toimintaa paitsi jatketaan, niin myös laajennetaan. Tilaa tunneleissa olisi myös uusille vastaavantyyppisille havaintolaitteille.

Syvissä kaivoksissa tehdään hiukkasfysiikan lisäksi paljon muutakin omituisia olosuhteita vaativia tutkimuksia. Tällaisia aloja ovat esimerkiksi geologia ja biologia. Esimerkiksi Homestaken kaivos (kaavakuva yllä), mihin DUNEn ilmaisimet sijoitetaan, on jo nyt tällainen monialatutkimuskeskus.

Koska kaivoksen infrastruktuuri on erinomaisessa kunnossa ja sopii hyvin tutkimustoiminnalle, onkin Pyhäsalmen kaivoksen tutkimuskäyttöä edistämään ja markkinoimaan perustettu Calliolab. Kyseessä on maanalainen tutkimus- ja tuotekehityskeskus, josta on tarkoitus tehdä eräs maailman johtavista maanalaisista yleislaboratorioista. Jo nyt kaivoksen pohjatasolla on tuliterä laboratorio, jonka käytöstä on käynnistetty kutsukilpailu.

Iso urakka: etsi ja irrota 9000 sähköjohtoa

Ke, 01/27/2016 - 23:46 By Jari Mäkinen
Boosterin sisällä


Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä on edessä harvinaislaatuinen urakka, kun insinöörit joutuvat kamppailemaan suuren johtomäärän kanssa päivittäessään LHC-hiukkaskiihdyttintä vieläkin paremmaksi.


Juuri viime vuonna ison remontin ja parannusten jälkeen käyttöön otetun LHC-kiihdyttimen seuraavaa parantamista pohdittaessa on huomio kiinnitetty myös hiukkasia kiihdyttimeen syöttävään laitteistoon.

Tarkoituksena on pysäyttää kiihdytin jälleen vuonna 2019, jolloin sitä jälleen viilataan paremmaksi ja tehokkaammaksi.

Silloin työn alle otetaan myös ns. protonisynkrotroniboosteri (PS Booster), protonisynkrotroni (PS) ja superprotonisynkrotroni (SPS). Vanhin näistä on otettu käyttöön jo vuonna 1959.

Nämä kaikki ovat aiemman sukupolven hiukkaskiihdyttimiä, jotka on valjastettu nyt esikiihdyttimiksi. Hiukkaset synnytetään ja kiihdytetään niissä sopivaan vauhtiin ennen kuin ne syötetään kiertämään varsinaisessa LHC-kiihdyttimen suuressa renkaassa.

Nyt kuitenkin edessä olevaa työtä suunniteltaessa on eteen tullut insinöörimaailmassa varsin tyypillinen ongelma: kun aikanaan kiihdyttimiä on paranneltu, on uusia kaapeleita niihin asennettaessa vanhat kaapelit jätetty paikalleen, koska niiden poistaminen olisi ollut liian suuri työ.

Kyseessä eivät ole suuret voimansiirtokaapelit, vaan pienemmät, tyypillisesti tiedonsiirtoon ja kauko-ohjaukseen käytetyt sähköjohdot.

Niitä on kaikkiaan noin 9000 ja jokainen niistä on noin 50 metriä pitkä. Ne kiemurtelevat kiihdyttimen rakenteissa ja tunneleissa maan pinnalla olevista rakennuksista kallioon tehdyissä luolastoissa oleviin kiihdyttimiin.

Minkä taakseen jättää, sen edestään löytää

Vanha sanonta toteutuu ikävällä tavalla, sillä 60-henkinen insinööriryhmä joutuu nyt käymään jokaisen näistä johdoista läpi ja korvaamaan suuren osan niistä uusilla.

Vanhojen johtojen paikalleen jättäminen ei enää onnistu, koska kaapeleille varatut kourut ja tilat ovat tupaten täynnä.

Siksi insinöörit ovat jo nyt kartoittaneet edessään olevaa työtä. Suurin osa kaapeleista on turhia, joten ne tullaan yksinkertaisesti poistamaan tieltä. Osa samanlaisista kaapeleista on kuitenkin toiminnan kannalta tärkeitä ja osa niistä on turvallisuuden kannalta hyvin tärkeitä. Nämä johdot pitää tunnistaa ja korvata uusilla. 

Varsinainen urakka alkaa jo ensi vuonna, mutta johtojen paikantaminen sekä tunnistaminen on jo alkanut. Kaapeliruljanssin valmistelu alkoi jo viime kesänä arkistomateriaalin avaamisella. Periaatteessa jokaisesta johdosta on olemassa dokumentti, mutta käytännössä niin ei ole. Vanhimmat tiedot ovat lähes 70 vuoden takaa.

Kun johtojen vaihtaminen pääsee vauhtiin, sen odotetaan kestävän neljän vuoden ajan. Näin nykyistäkin parempi ja tehokkaampi LHC voisi hyrähtää käyntiin vuoden 2020 lopussa. 

Kuva: CERN

LHC-hiukkaskiihdytin teki historian voimakkaimmat törmäykset

Su, 11/29/2015 - 13:11 By Jari Mäkinen
Ennätystörmäys CMS-koeasemalla

Viime kesänä uudelleen käyttöön otettu, parannettu LHC-hiukkaskiihdytin (Large Hadron Collider) on nyt täydessä vauhdissa. Genevessä, Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä oleva kiihdytin on tuottanut ensimmäiset todella voimakkaat hiukkastörmäyksensä, kun se aloitti 17. marraskuuta kuukauden kestävän varsin erikoisen tutkimusjakson: sen aikana kiihdyttimessä ei käytetäkään pelkkiä protoneita, vaan nyt sen sen avulla mäiskäytetään lyijyioneita toisiinsa.

Lyijy on eräs raskaimmista pysyvistä alkuaineista, jotka eivät ole radioaktiivisia. Kiihdyttimessä käytetään pelkkiä lyijy-ytimiä, eli atomeista on karsittu kaikki niiden elektronit pois. Ytimissä on 126 neutronia ja 82 protonia, eli yhteensä 208 hiukkasta!

Tuloksena on kaksi kertaa aiempaa voimakkaampia törmäyksiä.

Kaikki neljä suurta LHC:n koeasemaa ovat mukana tässä kampanjassa, jonka avulla voidaan nyt saada aikaan tiiviimpää ja kuumempaa ainetta kuin koskaan aiemmin. Törmäyksissä lämpötilat vastaavat useaa triljoonaa astetta ja tiheys aikaa juuri maailmankaikkeuden syntymän jälkeen. 

Ei ihme, että mustien aukkojen syntymällä LHC:n käynnistämisen aikaan pelotelleet ihmiset ovat nyt heränneet uudelleen, ja maailmanloppuviestit kiertävät taas kerran netissä (ja muuallakin).

Aineen perusolemusta tutkimassa

Heti alkupamauksen jälkeen, vain muutaman sekunnin miljoonasosan kuluttua big bangista, oli koko maailmankaikkeus hyvin pieni, tiivis ja kuuma. Se koostui vain hiukkaspuurosta, jossa oli pääasiassa gluoneita ja kvarkkeja. 

Gluonit, kuten niiden liimaan viittaava nimi kertoo, kiinnittää nykyisin kvarkit toisiinsa muun muassa protoneiksi ja neutroneiksi. 

Tarkoituksena kokeissa onkin nyt synnyttää olotila, missä on kvarkkigluoniplasmaa, jonka tutkiminen auttaisi ymmärtämään paremmin aineen olemusta. 

Jo aiemmin pienempiä energioita käytettäessä on havaittu omalaatuisia ilmiöitä, kuten hiukkasia, jotka menettävät nopeasti ja yllättävästi energiaansa kvarkkigluoniplasmaan. Miksi näin käy ja miten, on epäselvää.

Koelaitteista ATLAS keskittyy metsästämään törmäyksistä raskaita W- ja Z-bosoneita. CMS-koeasema, jonka tekemisessä oli ja tutkimuksessa on edelleen paljon suomalaisia mukana, pystyy myös kuvaamaan sekä mittaamaan erittäin tarkasti törmäyksiä, joissa on mukana raskaita hiukkasia.

Nyt myös LHCb-koeasema (joka törmäyskuva on yllä)  toimii samaan aikaan; aiemmin sitä on käytetty erikseen. Tämä johtuu siitä, että se toimii hieman eri tavalla: siinä missä ATLAS ja CMS tutkivat, kuvaavat ja mittaavat koeaseman keskellä tapahtunutta törmäystä, keskittyy LHCb seuraamaan sitä, mitä tapahtuu kun hiukkaset törmäävät kiinteään kohteeseen. 

Siksi sen mittalaitteet on asennettu kohtion takapuolelle noin 20 metrin pituudelle ja niiden avulla jäljitetään hiukkasia, jotka syntyvät törmäyksessä ja sinkoavat siitä eteenpäin. 

Laite kehitettiin tutkimaan ennen kaikkea aineen ja antiaineen pieniä eroavaisuuksia, jotka näkyvät ns. kauneus-kvarkissa, eli b-kvarkissa. Laitteen nimi LHCb tulee juuri tästä (Large Hadron Collider beauty).

Kiina suunnittelee maailman suurinta hiukkaskiihdytintä

Pe, 10/30/2015 - 14:13 By Jari Mäkinen
Kuva LHC:n tunnelista

Uutiset kiinalaisista tieteen jättihankkeista jatkuvat: valtavan radioteleskoopin lisäksi Kiina aikoo rakentaa maailman suurimman ja tehokkaimman hiukkaskiihdyttimen.

Maan tiedeakatemian suurenergiafysiikan instituutin johtaja Wang Yifang kertoi eilen China Daily -lehdelle, että uuden kiihdyttimen suunnittelu saataneen valmiiksi ensi vuonna ja sen rakentaminen alkaa vuonna 2020.

Kiihdyttimestä on tarkoitus tehdä kaksi kertaa suurempi ja peräti seitsemän kertaa voimakkaampi kuin nykyinen ennätyksenhaltija, Sveitsissä oleva Eurooppalaisen hiukkastutkimuskeskuksen CERN:in LHC.

Sijoituspaikaksi tulee todennäköisesti Pekingin koillispuolella oleva Qinhuangdaon kaupunki.

Wangin mukaan kiihdyttimen suunnittelu alkoi vuonna 2013, siis vuotta kuuluisan Higgsin bosonin löytämisen jälkeen, ja laitteen yksi tarkoitus onkin tutkia muun maussa tätä omituista bosonia tarkemmin. Suurempi kiihdytin saattaa avata myös kokonaan uuden ajan hiukkasfysiikassa, ja siksi suuria kiihdyttimiä suunnitellaan toki muuallakin. Näistä suunnitelmista konkreettisin ja pisimmällä oleva on CERNin seuraavan sukupolven lineaarikiihdytin. Sekään ei tule kuitenkaan pärjäämään kiinalaiselle, mikäli se rakennetaan suunnitelman mukaisesti.

Tarvoitteena on mahdollisesti jopa 100 km halkaisijaltaan oleva rengasmainen kiihdytin, jossa törmäytettäisiin elektroneja ja positroneja toisiaan vastaan.

Samalla suunnitellaan jo kiihdyttimen parantamista siten, että elekronien sijaan hiukkasina olisivat protonit. Sen teho riittäisi jopa 100 TeV:n tärmäyksiin – vertailun vuoksi LHC:n teho nyt on 13 TeV. Siinä missä alkuperäinen kiihdytin voisi alkaa toimia mahdollisesti vuonna 2025, olisi tämä tehokkaampi versio käytössä vuonna 2040.

Wangin mukaan uutta kiinalaistutkimuslaitosta ei ole tarkoitus tehdä vain kiinalaisille, vaan se avattaisiin myös muualta maailmasta tuleville tutkijoille.

Vaikka uusi Kiinan kiihdytin olisikin kansainvälisesti käytössä, tulee sen kehittämisestä ja ylläpidosta tulevat innovaatiot sekä sovellukset ennen kaikkea kiinalaisten omaan käyttöön; suurissa tiedehankkeissa itse tiede on monasti vain sivuosassa. Ja tässä tapauksessa mukana on myös enemmän tai vähemmän suuri ripaus politiikkaakin.

Otsikkokuvassa on osa LHC-kiihdytintä tunnelissaan (Kuva: CERN)

Sähköinen portti kvanttimaailmaan

Ma, 07/20/2015 - 11:08 By Markus Hotakainen

Päivän kuva

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin LHC-kiihdyttimessä tapahtuu satoja miljoonia hiukkastörmäyksiä sekunnissa. Niiden seurauksena syntyy hiukkasia, jotka hajoavat edelleen uusiksi hiukkasiksi. Ilmaisimet rekisteröivät niiden kulkureitit ja ominaisuudet, jotka tallennetaan tutkijoiden käsiteltäviksi. Siihen ei riitä mikä tahansa taskutietokone.

Kertyvä informaatio käsitellään maailmanlaajuisessa verkossa, jossa on mukana tietokonekeskuksia ympäri maailmaa.

Ensimmäinen linkki kiihdytinkokeissa kertyvän informaation ja tietoverkon välillä on CERN Data Center. Pinta-alaltaan 1 450 neliömetrin huoneessa on yli 10 000 palvelinta, joissa on 100 000 prosessoria. Sähkötehoa niiden pyörittämiseen tarvitaan noin 3,5 megawattia.

CERNissä löytyi kauan kaivattu hiukkanen: pentakvarkki

Ke, 07/15/2015 - 09:43 By Markus Hotakainen

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen valtavalla LHC-kiihdyttimellä on vihdoin bongattu hiukkanen, jonka olemassaolo ennustettiin jo 1960-luvulla. 

Fyysikko Murray Gell-Mann esitti vuonna 1964 sittemmin Nobel-palkinnon arvoiseksi todetun mallin, jonka mukaan hiukkaset rakentuvat joko kolmesta kvarkista tai kvarkki-antikvarkkiparista. 

Myös neljän kvarkin ja yhden antikvarkin muodostama ”pentakvarkki” on mahdollinen, mutta siitä ei ollut minkäänlaisia havaintoja. Omituinen hiukkanen pysyi pitkään teoreettisena otuksena, mutta nyt se on vihdoin onnistuttu havaitsemaan.

 

LHC ei ole mikään kaukoputki, jolla voidaan tähytä suoraan aineen ytimeen.  Kiihdyttimessä hiukkaset saavat lisävauhtia, kunnes kulkevat lähes valon nopeudella. Kun ne sitten törmäävät toisiinsa tai ”maalitauluna” olevaan aineeseen, hiukkaset pirstoutuvat osatekijöikseen, jotka edelleen hajoavat erilaisiksi hiukkasiksi.

Tarkastelemalla lukemattomissa törmäyksissä vapautunutta energiaa ja hiukkasten hajoamisen välivaiheita ja lopputuloksia, päästään mahdollisten uusien hiukkasten jäljille. Tässä tapauksessa Lambda b -niminen baryoni hajosi kolmeksi hiukkaseksi, J-psiksi, protoniksi ja kaoniksi.

Joissakin hajoamisissa esiintyi välivaiheita, jotka saivat proosallisiksi nimikseen Pc(4450)+ ja Pc(4380)+. Kun tutkijat etsivät selitystä niiden esiintymiselle ja ominaisuuksille, ainoaksi vaihtoehdoksi jäi pentakvarkki, neljän kvarkin ja yhden antikvarkin muodostama hypoteettinen hiukkanen.

"Tarkemmin sanottuna näiden välivaiheiden täytyy rakentua kahdesta ylös-kvarkista, yhdestä alas-kvarkista, yhdestä lumo-kvarkista ja yhdestä anti-lumo-kvarkista", listaa Tomasz Skwarnicki Syracusen yliopistosta.

Asia ei ole vielä tällä selvä, sillä seuraavaksi pyritään selvittämään, miten kvarkit ovat sitoutuneet toisiinsa tässä uudessa hiukkaslajissa. 

"Kvarkit voivat olla tiukasti toisiinsa sidoksissa", toteaa tutkimusryhmään kuuluva Liming Zhang Tsinghuan yliopistosta, "tai ne voivat löyhässä muodostelmassa eräänlaisena mesoni-baryoni-molekyylina, jota vahvavoima pitää kasassa samaan tapaan kuin protonien ja neutronien muodostamia atomiytimiä."

Löydöstä kerrottiin CERNin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -tiedelehdessä.

Kuvat: CERN

Uutta LHC-dataa ennnätysenergialla tulossa Suomeen

Ma, 06/22/2015 - 16:38 By Toimitus
Cernissä, Genevessä on käynnistynyt LHC-hiukkastörmäyttimen (Large Hadron Collider) toinen mittausjakso entistä korkeammalla törmäysenergialla. Hiukkaskokeiden tarkoituksena on tuottaa tietoa aineen perusrakenteesta. Korkeampi törmäysenergia tarjoaa harvinaisen mahdollisuuden ymmärtää luonnon monimutkaisuutta ja löytää uusia hiukkasia. Fyysikoiden kokeet muodostavat myös suuren tietoteknisen haasteen maailmanlaajuiselle hajautetulle laskentajärjestelmälle Worldwide LHC Computing Grid (WLCG), jossa Suomi on aktiivisesti mukana.

LHC-hiukkastörmäyttimen, sen koeasemien ja hajautetun laskentajärjestelmän suorituskykyä on kasvatettu törmäyttimen 27 kuukauden pituisen huoltoseisokin aikana. Hiukkastörmäyttimen ensimmäisen ajojakson aikana vuosina 2010-2013 törmäysenergiassa päästiin arvoon 8 TeV (TeV = 1012 elektronivolttia). Silloin Cernissa taltioitiin noin 1 GB/s (GB = 109 tavua) mittausdataa, mutta nyt arvioidaan, että tallennusnopeus kasvaa arvoon 6 GB/s ja jopa siitä huippuarvoon 10 GB/s.

"Tämä tarkoittaa, että mittausdatan koko tulee olemaan useita kymmeniä petatavuja vuodessa", sanoo projektipäällikkö Dan Still CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy:stä.  Yksi PB on yhtä paljon kuin 1015 tavua.

"Yksi petatavu vastaa noin 210 000 yksikerroksisen yksipuolisen DVD-levyn tallennustilaa".

Törmäysenergian arvolla 13 TeV saa ehkä lisää tietoa pimeästä aineesta

jakso käsittää vuodet 2015-2018. Ajossa protonit kiertävät kiihdytinrenkaassa vastakkaisiin suuntiin lähes valon nopeudella. Protonisuihkujen intensiteettiä kasvatetaan ajon aikana niin, että törmäystaajuus nousee miljardiin sekunnissa, ja törmäysenergiassa päästään arvoon 13 TeV.

"Törmäysenergian kasvu lisää harvinaisten hiukkasten tuottotodennäköisyyttä jopa kymmen-, sata- tai jopa tuhatkertaiseksi, mikä mahdollistaa uusien hiukkasten löytämisen", sanoo projektipäällikkö Tomas Lindén Fysiikan tutkimuslaitokselta.

Cernin ATLAS- ja CMS-kokeet ilmoittivat heinäkuussa 2012 uuden, noin 126 GeV painavan bosonin löytymisestä. Myöhemmin se vahvistettiin kauan etsityksi Higgsin bosoniksi. Nyt suurempi törmäysenergia ja korkeampi törmäystaajuus mahdollistavat myös Higgsin bosonin ominaisuuksien tarkan tutkimisen ja vertailun hiukkasfysiikan standardimallin kanssa.

Tutkimustyön yhtenä kiinnostavimmista tavoitteista on etsiä niin sanottuja supersymmetrisiä hiukkasia, joita teoria ennustaa.

"Tämä on kiinnostavaa koska, kevyin supersymmetriahiukkanen on yksi pimeän aineen kandidaateista", Lindén sanoo.

"Pimeän aineen osuus maailmankaikkeuden ainesisällöstä on noin 84,5 prosenttia, mutta siitä tiedetään vielä kovin vähän".

Suomi on liitetty pohjoismaiseen LHC-verkkoon nopeudella 10 Gb/s

Suomen laskentaresursseilla etsitään sähköisesti varattuja Higgsin hiukkasia ja tutkitaan b-kvarkkeja sekä lyijy-lyijy -törmäyksissä syntyvää kvarkki-gluoni -plasmaa. Maa on liitetty Pohjoismaiseen LHC-verkkoon nopeudella 10 Gb/s, ja nopeimmillaan dataa siirtyy Yhdysvaltojen Fermilabista Suomeen nopeudella 525 MB/s.

Fyysikot analysoivat LHC-törmäysdataa paikallisissa yliopistoissaan tai instituutioissaan ympäri maapallon käyttäen WLCG:n laskentaresursseja. WLCG:llä ajettavien analyysiohjelmistojen suorituskykyä on nyt kasvatettu. Myös grid-väliohjelmistoja on päivitetty, jotta tietovarastoja voidaan käyttää entistä joustavammin verkon yli.

Iso data-aineisto on hajautettuna verkostomaisesti eri keskuksiin

Cernissä käytettävä laskentamalli toimii niin, että raakadata esikäsitellään Cernissä ja Unkarissa niin sanotulla 0-tason resurssilla, josta se hajautetaan kolmeentoista eri maissa sijaitsevaan 1-tason keskukseen. Näiden tehtävänä on tallentaa ja käsitellä dataa sekä tarjota data-palveluja grid-laskentamenetelmiä käyttäen Cernille sekä pienemmille 2-tason keskuksille, joiden tehtävänä on tarjota levytilaa sekä edellytykset simulaatioille ja data-analyyseille.

Nordic e-Infrastructure Collaboration (NeIC) tarjoaa yhden pohjoismaisen 1-tason resurssin. Tämä resurssi on hajautettu Suomeen, Ruotsiin, Norjaan ja Tanskaan. CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy ylläpitää Suomen osuutta tästä hajautetusta resurssista. Mukana resurssin toiminnassa on myös Fysiikan tutkimuslaitos (HIP). Tämän lisäksi Suomessa on myös 2-tason resurssi, joka on toteutettu HIP:in ja CSC:n yhteistyönä.

Maailman mahtavin törmäys – ja jatkoa tulee

Pe, 05/22/2015 - 09:58 By Jari Mäkinen

Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä juhlittiin keskiviikkona illalla LHC-kiihdyttimen uutta tehoennätystä: hiukkaset törmäsivät 27 kilometriä halkaisijaltaan olevassa, maailman suurimmassa hiukkaskiihdyttimessä 13 TeV:n energialla. 

Kiihdytin oli parin vuoden ajan huoltotauolla, jonka kuluessa sen tehoa nostettiin tuplasti alkuperäistä suuremmaksi. Se aloitti toimintansa uudelleen huhtikuun alussa (katso juttumme ja videomme tapauksesta), ja sen jälkeen suuressa rinkulassa päinvastaisiin suuntiin kiertävien hiukkassuihkujen tehoa on nostettu, niitä on ohjattu törmäämään suurien ilmaisimien keskellä ja koko kiihdyttimen laitteistoja ja säädetty tätä uutta ennätysenergiaa varten.

Olennaista hiukkassuihkujen energian kasvattamisen ohella on ollut saada suihkut hyvin tiiviiksi ja osumaan toisiinsa täsmälleen ilmaisimien keskellä. Lähes valon nopeudella liikkuvilla hiukkassuihkuilla se ei ole aivan helppoa.

Hiukkassuihkujen paksuus on noin 20 mikrometriä, eli viidesosa ihmisen hiuksen tyypillisestä paksuudesta. Protoneista sisältäviä suihkuja ohjataan kollimaattoreiksi kutsutuilla magneeteilla, joiden säätäminen on ollut vaikeaa. 

Sen jälkeen kun ennätysenergia saavutettiin keskiviikkona illalla, pidettiin nämä hiukkassuihkut kiihdyttimen sisällä pitkälle torstain puolelle, jotta suihkujen hallintalaitteita pystyttiin virittämään vielä paremmin. 

Samalla kiihdyttimen seitsemän tutkimuslaitetta – jotka kuvaavat ja mittaavat törmäyksiä – pidettiin päällä ja myös niiden toimintaa säädettiin. Tarkoituksena on aloittaa varsinaisten tutkimustörmäysten tekeminen täydellä teholla kesäkuun alussa.

Yllä on CMS-tutkimusaseman ottama "kuva" 13 TeV:n törmäyksestä. Otsikkokuvana on puolestaan ATLAS-aseman vastaava. Kummatkin laitteet, kuten LHC:n kaksi muuta suurta tutkimusasemaa ALICE ja LHCb, kertovat suurella tarkkuudella millaisia uusia hiukkasia törmäyksissä kahdesta suurella nopeudella liikkuneesta protonista syntyy ja mihin suuntiin ne lentävät törmäyksestä.

Kuinka paljon on 13 TeV?

Puhtaasti energiana laskien ennätysluku 13 TeV ei ole paljoakaan. Yhdessä suklaapatukassa on miljardien törmäysten verran energiaa, jos sitä mitattaisiin ruoasta tuttuina kaloreina, mutta olennaista törmäyksissä onkin se, kuinka energiaa saadaan pakattua hyvin pieneen tilaan.

Olennaista tässä ei ole itse asiassa energian määrä, vaan se, kuinka kiihdyttimellä energia saadaan pakattua hyvin pieneen tilaan. Kun laitteen suprajohtavienmagneettien lähelle valon nopeutta kiihdyttämät protonit törmäävät nokkakolarissa, saavutetaan niin suuri energiatiheys, että protonit hajoavat erilaisiksi alkeishiukkasiksi. Protonit ovat atomiydinten raskaimpia hiukkasia, ja mitä suuremmalla nopeudella ne saadaan törmäämään toisiinsa, sitä "parempia" törmäyksiä saadaan aikaan.

Kun jo aiemmista LHC:n matalampienergisistä törmäyksistä saatiin paljon uutta tietoa (esimerkiksi mystinen Higgsin hiukkanen paljastettua), eivät tutkijat odota nyt varsinaisia suuria yllätyksiä. Sen sijaan monia asioita nähdään paremmin – mutta kuten luonnontieteessä aina toisinaan käy, eteen saattaa tulla jotain täysin uutta ja odottamatonta, sillä koskaan hiukkastörmäyksiä ei olla tehty näin suurella energiatasolla!

LHC:n käynnistystä ja remonttia seuraamassa

Maailman suurin hiukkaskiihdytin LHC oli pitkällä huoltotauolla vuodesta 2013 viime sunnuntaihin saakka. Sinä aikana kiihdytintä paitsi huollettiin, niin myös paranneltiin. Samalla sen hiukkastörmäyksiä havaitsevia koeasemia paranneltiin: eräs näistä oli suomalaisittain kiinnostava CMS, mistä videolla kertoo CERNissä työskentelevä tutkija Lauri Wendland.

Lue myös aiheeseen liittyvät jutut LHC hyrähti käyntiin ja Mikä jumittaa LHC:n käynnistämisessä?

LHC hyrähti käyntiin

Ti, 04/07/2015 - 13:45 By Jari Mäkinen

Pääsiäisen aikana uutisia seuranneille tämä ei ole enää mikään uutinen: CERNin suuri LHC-hiukkaskiihdytin käynnistyi virallisesti uudelleen sunnuntaina 5. huhtikuuta, kun klo 11.41 Suomen aikaa protonisuihku kiersi sen 27 kilometriä halkaisijaltaan olevaa kehää ensimmäistä kertaa sitten vuoden 2013, jolloin se sammutettiin pitkää huoltotaukoa varten.

Noin kahta tuntia myöhemmin, klo 13.27 samanlainen protonisuihku kiersi kehässä toiseen suuntaan. Näiden yhteisenergia oli 450 GeV, eli vielä varsin kaukana uudistetun LHC:n tavoite-energiasta. Näinä päivinä systeemejä tarkistetaan, ohjausmagneetteja hienosäädetään ja suihkun energiaa nostetaan, kunnes toukokuun lopussa näillä näkymin kiihdyttimellä päästään tekemään ensimmäisiä täysivoimaisia tutkimustörmäyksiä. Silloin yhden suihkun energian pitäisi olla 6,5 TeV, eli kun kaksi suihkua törmää yhteen, saavutettaisiin 13 TeV:n energia.

Tällä energialla LHC pääsee tutkimaan kokonaan uutta energia-aluetta hiukkasfysiikassa ja eteen odotetaan tulevan monia, kiinnostavia ilmiöitä ja asioita pimeästä aineesta antimaterian kautta niin sanottuun kvarkkigluoniplasmaan, ja LHC:n toinen tuleminen saattaa tuoda valoa myös outoon Brout-Englert-Higgsin mekanismiin, joka liittyy läheisesti LHC:n aiemmin jo löytämään Higgsin hiukkaseen.

Otsikkokuvassa on LHC:n päävalvomo sunnuntaina kiihdyttimen ollessa jälleen toiminnassa (kuva: CERN). 
Alla olevassa videossa CERNissä työskentelevä Helsingin yliopiston tutkija Lauri Wendland kertoo CMS-koeasemasta ja siihen huoltoseisokin aikana tehdyistä parannuksista.