(Bilde: Cern)
Partikkelakselerator cern kjernefysikk atomforskning partikkelforskning (Bilde: CERN)
Den nye partikkelakseleratoren er lang. Sykkel er godt egnet transportmiddel når utstyr skal inspiseres. LHC (The large hadron collider) er en av de mest avanserte maskiner noen gang bygd av mennesker. Det krever en enorm maskin for å se de aller minste partiklene i universet. (Bilde: CERN)
Cern prøver å finne de minste partiklene i universet. Her et modellatom foran hovedinngangen til senteret. (Bilde: DANIEL REES)
Stian Førde er norsk student ved Cern. (Bilde: DANIEL REES)
Her installeres våre silisiumplater for å registrere partiklene som skapes i kollisjonene, forklarer forsker Andreas Werner fra SINTEF Microsystems and Nanotechnology. (Bilde: DANIEL REES)
Her skal resultatet av kollisjonene registreres, forklarer professor Steinar Stapnes foran en skisse av Atlas-detektoren. (Bilde: DANIEL REES)
Her skal resultatet av kollisjonene registreres, forklarer professor Steinar Stapnes foran en skisse av Atlas-detektoren. (Bilde: DANIEL REES)
Nils Høimyr fra Cerns IT-avdeling. (Bilde: DANIEL REES)
Det er et stort potensiale for norsk næringsliv på Cern, mener norsk teknologiattaché Ole Petter Nordahl (t.v), Hennning Huuse fra Cerns senter for teknologioverføring, og Morten Knutsen fra Cerns innkjøpsavdeling. (Bilde: DANIEL REES)

Vil forstå universet

Hva gjør norske studenter ved Cern?

Ola Holmestad, student fra NTNU, siv.ing. teknisk kybernetikk

– Jeg jobber med databaser i Cerns IT-gruppe, spesielt med Oracle, forklarer Holmestad. Han kom fra Trondheim i januar og skal etter planen være i Genève i ett år. I løpet av denne tiden skal han også skrive masteroppgave.

– Oppgavene mine er knyttet til konfigurasjon og installasjon av databaser som hjelper til å støtte opp om alle de andre aktivitetene her nede. Derfor er det indirekte knyttet også til LHC-prosjektet, sier han.



Stian Førde, student fra HiB, elektroingeniør

– Med den nye akseleratoren vil man kollidere flere partikler med hverandre, og derfor trenger man nytt utstyr som måler intensiteten av disse. Jeg jobber med digitalt design for å måle intensiteten ved forskjellige typer stråler, siden LHC setter mye større krav til nøyaktighet, forklarer Førde, som holder til i Beam Instrumentation Group ved Cern.

Som bachelorstudent i elektro fra Bergen innrømmer at han har noen problemer med det kvantefysiske vokabularet. Han valgte Cern på bakgrunn av erfaringene til en kompis som allerede hadde studert der. Vil kaste lys over mørket

Cerns track record

Solfanger

Vakuumteknologi fra Cerns akseleratorer har blitt til en termisk solfanger som kombinerer ytelsene til et vakuumrør med egenskapene til et flatt panel. Overgår alle kjente solfangere og kan skape temperaturer opp mot 350 grader.



World wide web

Utviklet av Tim Burners-Lee ved Cern for å enkelt spre forskningsresultater over hele verden. Weben er nå et daglig verktøy for hundrevis av millioner av mennesker, og utviklingen styres av stiftelsen W3C.



Hadron-terapi

Protoner i en partikkelakselerator kan også brukes til å behandle kreftsvulster uten å skade omliggende vev. Teknologien er tatt i bruk og utvikles av italienske institutt.



PET-scanner

PET (Positron Emission Topography) utviklet av Cern til akseleratordetektor, brukes nå blant annet til fotografering av forsøksdyr, og har ført til raskere produktutvikling i farmasøytisk industri.

Dette er Cern

  • Det europeiske senteret for partikkelfysikk
  • Ligger i Genève
  • Budsjett 2005: 6,7 mrd NOK
  • Norsk bidrag 2005: ca 100 mill NOK
  • 20 europeiske medlemsland
  • 20 ansatte nordmenn
  • 100 norske forskere tilknyttet
  • Til sammen 80 nasjonaliteter representert


– Vår forståelse av verden har økt kraftig i det 20. århundret, men det er også svært mye vi ikke vet, forklarer professor i fysikk Steinar Stapnes fra Universitetet i Oslo og Det europeiske senteret for partikkelfysikk (Cern) i Genève.

Neste steg for fysikerne startes opp ved Cern i 2007, og det kan sammenliknes med å lete etter en nål blant 20 millioner høystakker.

Gjennom byggingen av verdens største partikkelakselerator, vil forholdene i verdensrommet like etter universets begynnelse gjenskapes bedre enn noen gang tidligere.

Slik håper man å komme nærmere sannheten om hvordan alt henger sammen.





Jakten på Teorien

Helt siden Einsteins tid har fysikerne lett etter Den store forenende teorien, som rett og slett skal forklare alt.

Siden 1960-tallet har kunnskapen gradvis bygd seg opp rundt den såkalte standardmodellen, som opererer med tolv grunnleggende partikler; seks kvarker og seks leptoner - samt tre av de fire grunnleggende naturkreftene; elektromagnetisme, sterk kjernekraft og svak kjernekraft.

Men modellen har flere problemer. For det første passer ikke tyngdekraften inn i modellen, og i møtet med de mørke delene av universet har den problemer.

Det universet som vi ser og derfor kan kjenne, er nemlig anslått til å være ikke mer enn 4 prosent av totalen.

Med andre ord består 96 prosent der ute av det som fysikerne passende nok kaller mørk materie og mørk masse, som man vet veldig lite om.





Higgsmekanismen

Derfor knyttes det stor spenning til funnene man kan gjøre med LHC-akseleratoren.

Noe av det fysikerne gleder seg mest til, er om de kan påvise Higgsmekanismen, som forklarer hvordan de grunnleggende partiklene får masse.

Dette er et fundament i standardteorien, og hvis man får en større forståelse av hvorfor grunnpartiklene har forskjellig størrelse, kan det kanskje også lede til større viten om den mørke materien og mørke energien.

– Dere skal ikke være overrasket dersom dere om et par års tid hører at Cern har funnet Higgsmekanismen. Men samtidig kan det nok være mer spennende hvis vi ikke finner den. Da må man skrotlegge flere teorier og gå andre veier, sier professor Stapnes.





Uhyggelig avansert

LHC (The large hadron collider) er en av de mest avanserte maskiner noen gang bygd av mennesker. Det krever en enorm maskin for å se de aller minste partiklene i universet.

  • Stråler sammensatt av blyioner eller protoner vil skapes i de mindre akseleratorene, før de sendes inn i den 27 kilometer lange sirkelformede LHC-tunnelen.
  • Ved hjelp av 1200 superledende magneter i den største superledende installasjonen som noen gang bygd, vil strålen akselereres til nær lyshastigheten.
  • Temperaturen i anlegget vil ligge på et par Kelvin, like over det absolutte nullpunkt.
  • I kollisjonsøyeblikket vil partiklene ha en energi på sju TeV (Terraelektronvolt), som tilsvarer energien i en vanlig mygg. Forskjellen er at partiklene som kollideres i LHC er rundt 1.000 milliarder ganger mindre.
  • Kollisjonene vil skje i fire store detektorer, Atlas, Alice, LHCb og CMS.
  • Hver stråle vil bestå av ca 3.000 partikkelbunter som hver inneholder 100 milliarder partikler.
  • Selv om partiklene er så små at bare ca 20 av dem faktisk vil kollidere hver gang strålene møtes, vil den ekstreme hastigheten skape nesten en milliard kollisjoner per sekund.
  • En av disse detektorene, Atlas, er fem etasjer høy og er tettpakket med avansert elektronikk. Den er resultatet av et bredt internasjonalt samarbeid som har involvert 150 partnere over hele verden.

– Det vil komme inn altfor mye data til at alt skal kunne behandles, derfor mellomlagres informasjonen i integrerte kretser, som igjen sender deler av informasjonen til videre prosessering, forklarer professor Steinar Stapnes, som også er kontaktperson for Atlas-prosjektet i Norge.





Sintef og UiO på banen

Registreringen i detektorene foregår i flere trinn, det første gjøres med tynne silisiumplater som blant annet er utviklet av Universitetet i Oslo og produseres av Sintef Microsystems & Nano.

Når partiklene spres i kollisjonene krysser de gjennom flere lag av silisiumplater hvor de legger igjen hull ettersom hvordan de har beveget seg.

Til tross for utvelgelsen er det formidable informasjonsmengder som skal analyseres for å finne de partiklene man leter etter.

Det kan sammenliknes med å lete etter en nål blant 20 millioner høystakker. Med dagens kraftigste PCer ville man trenge bortimot 100.000 stykker for å klare regneoperasjonene.

Selv om Cern er i gang med en storstilt datautbygging, som i 2007 vil telle 5000 dual processor datamaskiner med til sammen 15 petabyte lagringsplass, er det ikke i nærheten av å være nok.





Pådriver for Grid

Derfor er Cern en pådriver innenfor utviklingen av Grid-teknologi, som bokstavelig talt er et nettverk mellom store datasentre. Gjennom å knytte sammen datasentrene på forskningsinstitusjoner og universiteter verden over, kan man utnytte dataressursene bedre og få tilgang til store mengder datakraft. Målsettingen er at systemet skal kunne brukes i alle typer vitenskap med store behov for datakraft, slik som for eksempel medisinsk statistikk og genteknologi.

– Alt utvikles med åpne standarder for at systemet også skal kunne tjene offentligheten, forklarer Nils Høimyr i Cerns IT-avdeling.

Det eksisterer allerede flere forskjellige Grid i verden i dag, og tre av de vil benyttes av Cern for å behandle data fra LHC. Det er EGEE, et EU-finansiert prosjekt ledet av Cern, det nordamerikanske Open Grid, og det nordiske Norgrid, som i Norge har de store universitetene og Uninett som partnere.

For øyeblikket befinner de tre systemene seg i en slags konkurransesituasjon hvor alle har sine styrker og svakheter, mens de ikke snakker altfor godt sammen. Cern presser imidlertid på for at systemene skal bli mer kompatible med hverandre, og senterets sentrale rolle i utviklingen er nettopp å lage løsninger som kan håndtere de enorme datamengdene som LHC vil generere. Målet er å utvikle et system hvor alle kan snakke med hverandre uten å ta hensyn til hva som ligger bak.

– Det kan sammenliknes med hvordan WWW fungerer i dag, hvor alle maskiner kan snakke med hverandre uavhengig av operativsystem. Ennå fungerer dette ikke helt perfekt, innrømmer Francois Grey, talsmann ved Cerns IT-avdeling.

Cern er altså fremdeles en spydspiss for fysikkforskningen, 52 år etter oppstarten i 1954. Grunnprinsippet er det samme, at senteret skal bruke forskning som et middel til dialog og forståelse mellom alle land for menneskehetens beste. Det årlige budsjettet er på rundt sju milliarder kroner, hvorav Norge bidrar med rundt 100 millioner. Men den store drivkraften bak Cern er det grunnleggende menneskelige ønsket om viten.

– Det ville vært helt utenkelig hvis vi ikke skulle prøvd å utvide vår forståelse av verden, mener professor Steinar Stapnes.