Jak powinna wyglądać współpraca nauki i biznesu

Kiedy w Polsce od lat trwają dyskusje nad tym, jak nauka mogłaby lepiej - ku obopólnej korzyści - współpracować z biznesem, CERN dostarcza znakomitego modelu takiej współpracy.

CERN, czyli początkowo, od 1952 r., Europejska Rada Badań Jądrowych, a od 1954 r. Europejska Organizacja Badań Jądrowych, powstał dla prowadzenia badań nad atomem, materią i genezą wszechświata. To największe dziś laboratorium fizyczne na świecie utrzymywane przez 20 krajów, m.in. Polskę. Jego roczny budżet kształtuje się na poziomie 1 mld euro. Pracuje w nim 2,5 tys. osób, w tym na stałe 714 naukowców i 318 studentów, natomiast z jego infrastruktury korzysta 10 tys. użytkowników, którzy nie są zatrudnieni na stałe, lecz przyjeżdżają na czas przeprowadzenia eksperymentów.

Od atomu do bozonu Higgsa

Na przełomie V i IV w. p.n.e. Demokryt doszedł do wniosku, że materia może składać się z atomów. Koncepcja ta przetrwała ponad dwa tysiąclecia i dopiero pod koniec XIX w. okazało się, że atom jest kiepską nazwą, bo materia da się podzielić na znacznie większą liczbę cząstek. W początkach XX w. rozpoczęły się badania nad jądrem atomu, a w 1960 r. naukowcy odkryli, że protony są zbudowane z kwarków. Naukowcy prowadzący badania w CERN-ie przyjmują dziś za obowiązujący model standardowy i szukają odpowiedzi na pytania, których model ten nie wyjaśnia. "Staramy się zobaczyć cząsteczki, które istniały tylko przez kilka sekund, tuż po wielkim wybuchu, ale też odpowiedzieć na pytanie, dlaczego niektóre cząsteczki są większe niż inne, gdzie podziało się niewidoczne 96% masy świata, czy też dlaczego materia grupuje się w określony sposób" - wyjaśnia Francois Briard, przewodnik po CERN-ie i pracownik naukowy ośrodka.

W powszechnej świadomości CERN kojarzy się jednoznacznie z Wielkim Zderzaczem Hadronów, największą maszyną kiedykolwiek zbudowaną na świecie, która pozwala, ogólnie rzecz biorąc, przekształcać ogromne ilości energii w śladowe ilości materii. "Jeśli uda nam się zderzyć dwa protony z energią latającego komara, otrzymamy nową cząsteczkę. Nie zobaczymy jej jednak, możemy jedynie dostrzec jej ślady: chmurę elektronów wzbitą w gazie, przez który przeszła, odchylenie wskazówki jakiegoś miernika, ślady zderzeń z różnymi gazami i metalami. To jak próba opisania zwierzęcia poprzez tropienie jego śladów na śniegu" - wyjaśnia obrazowo Francois Briard.

Aby to osiągnąć, rozpędza się protony w dwóch kolistych tunelach o długości 27 km i średnicy nieco większej od piłeczki pingpongowej w przeciwnych kierunkach, zakrzywiając ich tor za pomocą potężnych elektromagnesów do chwili, w której osiągają prędkość równą 99% prędkości światła. W czterech miejscach protony spotykają się i tam właśnie dochodzi do kolizji. Cały cykl trwający około 15 godzin nadzorowany jest przez centrum dowodzenia LHC, którego zadaniem jest utrzymanie odpowiedniej jakości wiązki protonów, głównie poprzez kontrolę pracy elektromagnesów, aż do końca eksperymentu, kiedy to rozpędzone protony wyhamowują w bloku materiałów o łącznej grubości 25 m. W tunelach panuje niemal doskonała próżnia i temperatura - 271 stopni.

W powodzi danych

Już sam opis Zderzacza robi wrażenie, lecz jeszcze większe wrażenie robi wizyta w gigantycznym ośrodku obliczeniowym i centrum pamięci masowych, gdzie przetwarzane są i przechowywane na dyskach i taśmach ogromne ilości powstających podczas eksperymentów danych. W ciągu jednej sekundy eksperymentu powstaje 1 PB danych, których źródłem jest skorelowana informacja płynąca ze 150 mln sensorów. Oczywiście, nie wszystkie dane są składowane. Na każdy 1 mln kolizji zaledwie kilka jest interesujących dla fizyków. Obok detektorów znajdują się filtry, które zatrzymują dane dotyczące wyłącznie interesujących kolizji. Z tego powodu ostatecznie każdego roku produkowanych jest 25 PB wartościowych danych, co odpowiada 1 tys. lat nagrań DVD. Do ich przetwarzania wykorzystuje się centrum komputerowe, w którym w zeszłym roku pracowało 8 tys. serwerów o łącznej liczbie 50 tys. rdzeni i systemy pamięci o pojemności 15 PB, oraz 200 centrów komputerowych na świecie. Najwięcej mocy obliczeniowej dostarczają Włochy, Hiszpania, Wielka Brytania, Niemcy, ale w projekcie biorą też udział między innymi polskie centra superkomputerowo-sieciowe należące do sieci PL.Grid. Tylko 20% przetwarzania przypada na centrum komputerowe CERN. Analiza zarejestrowanego materiału może trwać wiele miesięcy lub nawet lat.