Коллайдер что это программа

Содержание

Модульный ЦОД на службе у большого адронного коллайдера

Последних лет двадцать дата-центры появляются как грибы после дождя, оно и понятно. Кроме количественных показателей развиваются и качественные — новые формы, новые подходы к построению среды. Одним из таких новшеств стали модульные ЦОДы.

Эффективность решений на базе стандартизированного контейнера впервые смогли оценить военные, именно они стали пионерами в использовании дата-центров построенных по модульному принципу. Быстрое разворачивание вычислительных мощностей и возможность хранения данных в самых отдаленных уголках Земли стали для военных панацеей в мире с ежедневно нарастающим объемом генерируемой информации.

Благодаря компании Sun Microsystems, уже в 2006 году модульные дата-центры стали доступными и для гражданских потребителей. Но казалось бы, кто их будет приобретать?

В условиях жестокой борьбы участников ИТ-рынка за высокую производительность «железа» плюсы от модульности ЦОДов, в большинстве случаев гражданской жизни, нещадно перечеркиваются целым спектром минусов порождаемых этой самой модульностью. Но как показало время — не все так однозначно в этой теме и продукт нашел своего потребителя.

▽ Адронный коллайдер. Что нашли с помощью адронного коллайдера

Одним из таких потребителей, как бы это не было удивительно, стал CERN. Детище организации — большой адронный коллайдер, обрастет парой новых модульных дата-центров. Весьма странное решение? Об этом и не только пойдет далее речь.

Контейнер — все гениальное просто!

На сколько известно впервые эту идею с контейнером реализовали военные — напичкать металлический каркас серверными стойками, интегрировать в него систему охлаждения и вот вам готовое решение. Но при всей утилитарности такого дата-контейнера возникают вопросы гибкости, эффективности функционирования его начинки.

На сколько установленное стандартное железо соответствует выполняемым задачам, ведь задел персонализации серверных стоек там весьма ограничен. С одной стороны формфактор контейнера не дает развернутся в нем, как в прямом так и переносном смысле, сетевому администратору. С другой стороны замена начинки на более мощную может банально вывести из строя вспомогательные системы контейнера: энергообеспечение, охлаждение. Даже имея возможность легкого наращивания мощностей своей серверной конструкции, методом доставки еще и еще одного контейнера, проблема повышения эффективности работы конкретной стойки в модуле не решается ни как, а это сильно ограничивает область применения такой конструкции.

CERN выбирает модульный ЦОД

«До конца 2019 года мы планируем установить два новых дата-центра, каждый из которых будет обслуживать исключительно свой детектор БАК. Детектор относящийся к эксперименту LHCb удостоится шести модулей, детектор эксперимента ALISA будет обслуживать дата-центр из четырех контейнеров. Необходимость в расширении существующей инфраструктуры была вызвана модернизацией упомянутых детекторов. После модернизации количество генерируемых детекторами данных возрастет в разы»- заявил заместитель руководителя одного из проектов CERN — Нико Ньюфилд (Niko Neufeld)

Большой Адронный Коллайдер — как устроен и зачем он нужен

БАК(Большой адронный коллайдер) — проект под эгидой CERN, это колоссальная структура, что разместилась на глубине около 100 метров в самом сердце Западной Европы, на территории двух государств — Франции и Швейцарии. Имея диаметр в 8,5 км и протяженность около 27 км БАК сложно упрекнуть в удаленности от цивилизации. Сам проект по сути является ядром современной науки, двигателем ее фундаментальной составной. Кроме того существующая ИТ-инфраструктура обслуживающая БАК отвечает всем современным стандартам, включая в себя дата-центры и оптико-волоконные магистрали, которые объединяют его со всем миром. Какой был смысл в решении европейских ядерщиков из CERN наращивать мощности ИТ-инфраструктуры посредством модульных дата-центров?

На данный момент непосредственно нужды коллайдера обслуживает аж пять дата-центров. Из них четыре закрепленные за четырьмя главными датчиками каждого из основных экспериментов: ATLAS, CMS, ALISA и LHCb. Пятый дата-центр наибольший — является центральный узлом по обработке и хранению данных собранных со всего научного комплекса БАК.

«В данный момент центральный детектор обслуживающий эксперимент LHCb фиксирует происходящие в нем события с частотой в 1 МГц, после модернизации частота фиксации возрастет в 40 раз, а это представте себе 40 000 000 записей в секунду» -продолжил Нико.

Оно и не удивительно, что новое время потребовало новое оборудование. Увеличение потока данных это повсеместная тенденция и удивляться модернизации сетевой инфраструктуры нечего, но почему именно модульные дата-центры? Ответ не заставил себя долго ждать.

«Это чистая экономия. Специфика работы детекторов состоит в краткосрочных, объемных всплесках генерации данных. Объем данных порожденный этими всплесками известен с весьма высокой точностью, по этому мы точно знаем сколько дискового пространства для хранения данных нам нужно и этот объем будет актуален до крайней фазы проведения эксперимента. Более того, разместив серверные-модули как можно ближе к датчикам, мы сократили длину оптико-волоконных коммуникаций необходимых для передачи 30 ПБайт данных за короткий промежуток времени, цена прокладки таких коммуникаций весьма внушительна. » — пояснил Нико.

Согласно обрисованной сотрудником CERN схеме ситуация с выбором инфраструктуры стала проясняться. Генерируемые датчиками БАК огромный поток данных будет за самое короткое время попадать на первичные центры обработки и хранения данных, после чего, в ожидании следующего запуска датчика, собранная информация будет постепенно перетекать в центральный ЦОД, не слишком перегружая существующую сетевую инфраструктуру.

Жизнь после Хиггса

Фактически вся эта мегалитическая структура — БАК, создавалась с целью выявить/опровергнуть существование базона Хиггса. В 2013 году косвенные признаки существования были обнаружены и первоначальная задача была решена. Полтора года простоя коллайдера потребовались сотрудникам CERN что бы провести модернизацию существующих детекторов, которые смогли бы решать уже новые задачи. Однако прошло не более трех лет с даты нового запуска и в данный момент БАК ожидает очередная модернизация, отключение коллайдера должно продлиться с 2019 по 2021 год.

Как мы видим тут складывается ситуация, что обременять проект тяжелой, стационарной инфраструктурой не имеет смысла, ведь после короткой стадии сбора статистических данных весьма высоки шансы, что надобность в ней просто отпадет. Как показывает практика новые проекты все равно потребуют новой инфраструктуры, иного оборудования задействованного в ней. Установленные же сейчас модули можна будет всегда легко переместить в другое место, где их использование будет более рационально.

«Сейчас датчик от проекта LHDb обслуживает серверная размещенная непосредственно возле него — под землей. Модернизировать эту площадку нам помешали два фактора: ограниченное подземельем пространство и проблемы вызванные невозможностью эффективного охлаждения серверной » — заметил Нико.

Существующая серверная, о которой упомянул сотрудник научного центра, находится на глубине 100 метров, в моменты пиковой нагрузки на серверы количество выделяемого ими тепла порождает необходимость в доставке нагретой охлаждающей жидкости на поверхность, где она может отдать лишнее тепло в атмосферу после чего снова возвращается в низ.

Больших затрат на охлаждение серверов в модулях явно не предвидится. Учитывая прохладный климат альпийского предгорья, PUE — коэффициент эффективности системы охлаждения составит менее 1.1 (лишь 10% энергии от потребляемой серверным оборудованием будет уходить на его охлаждение).

До марта месяца 2019 года все десять модулей должны будут занять свои проектные места. Ближе к концу года к дата-центрам будут подведены оптико-волоконные линии, лишь после этого инфраструктура будет функциональной. Однако проявить себя в деле она сможет не ранее чем через три года. Первый запуск большего адронного коллайдера, после проведения модернизации, запланирован аж на 2021.

«Но самое может быть необычное в наших новых дата-центрах это то, что мы не будем для них обеспечивать резервный источник питания. За 6 лет работы в научном центре у нас ни разу не случалось аварийных отключений электропитания» — подытожил Нико Ньюфилд.

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до января бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

ua-hosting.company
дата-центр
сервер
большой адронный коллайдер
церн

Источник: habr.com

Colliders

Компоненты коллайдера определяют форму GameObject основного объекта в сценах Unity, который может представлять персонажей, реквизит, декорации, камеры, путевые точки и многое другое. Функциональность GameObject определяется прикрепленными к нему компонентами. Подробнее
См. в Словарь для целей физического столкновения. Невидимый коллайдер не обязательно должен иметь ту же форму, что и сетка GameObject Основной графический примитив Unity. Меши составляют большую часть ваших 3D-миров. Unity поддерживает триангулированные или четырехугольные полигональные сетки. Поверхности Nurbs, Nurms, Subdiv должны быть преобразованы в полигоны. Подробнее
См. в Словарь . Грубая аппроксимация сетки часто более эффективна и неразличима в игровом процессе.

Простейшими (и наименее требовательными к процессору) коллайдерами являются примитивные типы коллайдеров. В 3D это Box Collider компонент кубического коллайдера, который обрабатывает коллизии для игровых объектов, таких как игральные кости и кубики льда. Подробнее
См. в Словарь , Сферический коллайдер Компонент коллайдера в форме сферы, обрабатывающий коллизии игровых объектов, таких как мячи или другие предметы, которые можно приблизительно представить как сферу для целей физ. Подробнее
См. в Словарь и Капсульный коллайдер Компонент коллайдера в форме капсулы, который обрабатывает столкновения для игровых объектов, таких как бочки и конечности персонажей. Подробнее
См. в Словарь . В 2D вы можете использовать 2D-коллайдер и 2D-коллайдер. Вы можете добавить любое их количество к одному игровому объекту, чтобы создать составные коллайдеры.

Составные коллайдеры

Составные коллайдеры приближаются к форме GameObject, сохраняя при этом низкую нагрузку на процессор. Чтобы получить дополнительную гибкость, вы можете добавить дополнительные коллайдеры к дочерним объектам GameObject. Например, вы можете вращать блоки относительно локальных осей родительского игрового объекта. Когда вы создаете такой составной коллайдер, вы должны использовать только один компонент Rigidbody , который позволяет моделировать воздействие гравитации на GameObject. и другие силы. Подробнее
См. в компоненте Словарь , размещенном на корневом GameObject в иерархии.

Примитивные коллайдеры некорректно работают со сдвиговыми преобразованиями. Если вы используете комбинацию поворотов и неравномерных масштабов в иерархии Transform, так что результирующая фигура больше не является примитивной формой, примитивный коллайдер не может правильно представить ее.

Сетевые коллайдеры

Однако в некоторых случаях даже составные коллайдеры недостаточно точны. В 3D вы можете использовать Mesh Collider компонент коллайдера произвольной формы, который принимает ссылку на сетку для определения формы поверхности столкновения. Подробнее
См. в Словарь , чтобы соответствовать форме сетки GameObject точно. В 2D 2D-полигональный коллайдер не соответствует форме спрайта Двухмерные графические объекты. Если вы привыкли работать в 3D, спрайты — это, по сути, просто стандартные текстуры, но есть специальные приемы комбинирования текстур спрайтов и управления ими для повышения эффективности и удобства во время разработки. Подробнее
смотрите в Словарь рисунок, но вы можете уточнить форму для любого уровня детализации метод Level Of Detail (LOD) — это оптимизация, треугольников, которые Unity должна отображать для GameObject, когда его расстояние от камеры увеличивается. Подробнее
Посмотрите в Словарь , который вам нравится.

Эти коллайдеры потребляют гораздо больше ресурсов процессора, чем примитивные типы, поэтому используйте их экономно, чтобы поддерживать хорошую производительность. Кроме того, меш-коллайдер не может столкнуться с другим меш-коллайдером (т. е. ничего не происходит, когда они вступают в контакт). В некоторых случаях это можно обойти, пометив коллайдер сетки как Выпуклый в Инспекторе A Unity. окно, в котором отображается информация о текущем выбранном игровом объекте, активе или настройках проекта, что позволяет просматривать и редактировать значения. Дополнительная информация
См. в Словарь . Это создает форму коллайдера в виде «выпуклой оболочки», которая похожа на исходную сетку, но с заполненными поднутрениями.

Преимущество этого заключается в том, что выпуклый коллайдер сетки может сталкиваться с другими коллайдерами сетки, поэтому вы можете использовать эту функцию, когда у вас есть движущийся персонаж с подходящей формой. Однако хорошим правилом является использование коллайдеров сетки для сцены Сцена содержит окружение и меню вашей игры. Думайте о каждом уникальном файле сцены как об уникальном уровне. В каждой сцене вы размещаете свое окружение, препятствия и декорации, по сути проектируя и создавая свою игру по частям. Подробнее
Просмотрите в Словарь геометрию и аппроксимируйте форму движущихся игровых объектов с помощью составных примитивных коллайдеров.

Статические коллайдеры

Вы можете добавлять коллайдеры в GameObject без компонента Rigidbody, чтобы создавать полы, стены и другие неподвижные элементы сцены. Они называются статическими коллайдерами. Напротив, коллайдеры на GameObject с Rigidbody называются динамическими коллайдерами. Статические коллайдеры могут взаимодействовать с динамическими коллайдерами, но, поскольку у них нет Rigidbody, они не двигаются в ответ на столкновения.

Материалы по физике

При взаимодействии коллайдеров их поверхности должны имитировать свойства материала, который они должны представлять. Например, лист льда будет скользким, в то время как резиновый мяч будет создавать сильное трение и будет очень упругим. Хотя форма коллайдеров не деформируется во время столкновений, их трение и отскок можно настроить с помощью Physics Materials.

Получение правильных параметров может потребовать немного проб и ошибок. Скользкий материал, такой как лед, например, имеет нулевое (или очень низкое) трение. Такой цепкий материал, как резина, обладает высоким коэффициентом трения и почти идеальной упругостью. См. справочные страницы для Physic Material и PhysicsMaterial2D для получения дополнительной информации о доступных параметры. Обратите внимание, что по историческим причинам 3D-ресурс на самом деле называется Физический материал Физический ресурс для настройки эффектов трения и отскока сталкивающихся объектов. . Подробнее
См. в Словарь (без S), но 2D-эквивалент называется Physics Material 2D Используйте для регулировки трения и отскока, возникающего между 2D-физическими объектами, когда они сталкиваются Подробнее
См. в Словарь (с буквой S).

Триггеры

Система сценариев может определять возникновение коллизий и инициировать действия с помощью функции OnCollisionEnter . Однако вы также можете использовать physics engine Система, которая имитирует аспекты физических систем, чтобы объекты могли правильно ускоряться и подвергаться воздействию столкновений, гравитации и других сил. More info
See in Словарь просто обнаружить, когда один коллайдер входит в пространство другого, не создавая столкновения. Коллайдер, сконфигурированный как Триггер (используя свойство Is Trigger), не ведет себя как твердый объект и просто пропускает другие коллайдеры. Когда коллайдер входит в свое пространство, триггер вызывает функцию OnTriggerEnter для объекта триггера scripts Фрагмент кода, который позволяет вам создавать свои собственные Компоненты, запускать игровые события, изменять свойства Компонентов с течением времени и реагировать на ввод данных пользователем любым удобным для вас способом More info
See in Словарь .

Коллбэки для скриптов

При возникновении коллизий физический движок вызывает функции с определенными именами для любых скриптов, прикрепленных к задействованным объектам. Вы можете поместить любой код в эти функции, чтобы реагировать на событие столкновения. Например, вы можете воспроизвести звуковой эффект при столкновении автомобиля с препятствием.

При первом обновлении физики при обнаружении столкновения вызывается функция OnCollisionEnter . Во время обновлений, когда контакт поддерживается, вызывается OnCollisionStay и, наконец, OnCollisionExit указывает, что контакт был разорван. Триггерные коллайдеры вызывают аналогичные функции OnTriggerEnter , OnTriggerStay и OnTriggerExit . Обратите внимание, что для 2D-физики существуют эквивалентные функции с добавлением 2D к имени, например, OnCollisionEnter2D . Полную информацию об этих функциях и примеры кода можно найти на странице Справочник по сценариям для класса MonoBehaviour.

Для обычных столкновений без триггера есть дополнительная деталь: по крайней мере один из вовлеченных объектов должен иметь некинематическое Rigidbody (т. е. параметр Is Kinematic должен быть отключен). Если оба объекта являются кинематическими твердыми телами, то OnCollisionEnter и т. д. вызываться не будут. В случае столкновений триггеров это ограничение не применяется, поэтому как кинематические, так и некинематические твердые тела будут запрашивать вызов OnTriggerEnter при входе в коллайдер триггера.

Взаимодействие с коллайдером

Коллайдеры взаимодействуют друг с другом по-разному в зависимости от того, как настроены их компоненты твердого тела. Тремя важными конфигурациями являются Статический коллайдер (т. е. твердое тело вообще не подключено), Жесткий коллайдер и Кинематический твердотельный коллайдер.

Статический коллайдер

Статический коллайдер — это игровой объект, у которого есть коллайдер, но нет Rigidbody. Статические коллайдеры в основном используются для геометрии уровней, которая всегда остается на одном и том же месте и никогда не перемещается. Входящие объекты Rigidbody сталкиваются со статическими коллайдерами, но не перемещают их.

В некоторых случаях физический движок оптимизирует статические коллайдеры, которые никогда не двигаются. Например, транспортное средство, стоящее на вершине статического коллайдера, остается спящим, даже если вы перемещаете этот статический коллайдер. Вы можете включать, отключать или перемещать статические коллайдеры во время выполнения без особого влияния на скорость вычислений физического движка. Кроме того, вы можете безопасно масштабировать статический сетчатый коллайдер, если масштаб является однородным (не перекошенным).

Жесткий коллайдер

Это GameObject с прикрепленным коллайдером и обычным, некинематически твердым телом. Коллайдеры Rigidbody полностью моделируются физическим движком и могут реагировать на столкновения и силы, приложенные из скрипта. Они могут сталкиваться с другими объектами (включая статические коллайдеры) и являются наиболее часто используемой конфигурацией коллайдера в играх, использующих физику.

Кинематический твердотельный коллайдер

Это GameObject с коллайдером и присоединенным к нему кинематически Rigidbody (т. е. свойство IsKinematic Rigidbody включено). Вы можете переместить кинематический объект твердого тела из скрипта, изменив его Компонент преобразования Компонент преобразования определяет положение, вращение и масштаб каждый объект в сцене. Каждый GameObject имеет Transform. Подробнее
См. в Словарь , но он не будет реагировать на столкновения и силы, как не- кинематическое твердое тело. Кинематические твердые тела следует использовать для коллайдеров, которые можно время от времени перемещать или отключать/включать, но в остальном они должны вести себя как статические коллайдеры. Примером этого является раздвижная дверь, которая обычно должна действовать как неподвижное физическое препятствие, но при необходимости может быть открыта. В отличие от статического коллайдера, движущееся кинематическое твердое тело оказывает трение на другие объекты и «будит» другие твердые тела при контакте.

Даже в неподвижном состоянии кинематические твердотельные коллайдеры ведут себя иначе, чем статические коллайдеры. Например, если коллайдер настроен как триггер, вам также необходимо добавить к нему твердое тело, чтобы получать события триггера в вашем скрипте. Если вы не хотите, чтобы триггер падал под действием силы тяжести или иным образом подвергался физическому воздействию, вы можете установить свойство IsKinematic для его твердого тела.

Компонент Rigidbody можно переключать между нормальным и кинематическим поведением в любое время с помощью свойства IsKinematic.

Матрица действий при столкновении

При столкновении двух объектов может произойти ряд различных событий сценария в зависимости от конфигурации твердых тел сталкивающихся объектов. На приведенных ниже диаграммах подробно показано, какие функции событий вызываются в зависимости от компонентов, прикрепленных к объектам. Некоторые из комбинаций приводят к тому, что столкновение затрагивает только один из двух объектов, но общее правило заключается в том, что физика не будет применяться к объекту, к которому не подключен компонент Rigidbody.

Происходит обнаружение столкновений, и сообщения отправляются при столкновении

Static Collider	Rigidbody Collider	Kinematic Rigidbody Collider	Static Trigger Collider	Rigidbody Trigger Collider	Kinematic Rigidbody Trigger Collider
Static Collider	Y
Rigidbody Collider	Y	Y	Y
Kinematic Rigidbody Collider	Y
Static Trigger Collider
Rigidbody Trigger Collider
Kinematic Rigidbody Trigger Collider

Триггерные сообщения отправляются при столкновении

Static Collider	Rigidbody Collider	Kinematic Rigidbody Collider	Static Trigger Collider	Rigidbody Trigger Collider	Kinematic Rigidbody Trigger Collider
Static Collider	Y	Y
Rigidbody Collider	Y	Y	Y
Kinematic Rigidbody Collider	Y	Y	Y
Static Trigger Collider	Y	Y	Y	Y
Rigidbody Trigger Collider	Y	Y	Y	Y	Y	Y
Kinematic Rigidbody Trigger Collider	Y	Y	Y	Y	Y	Y

Источник: unityhub.ru

Разгадка появления Вселенной и путешествия в прошлое: для чего нужен Большой адронный коллайдер

Некоторые называют Большой адронный коллайдер величайшим творением человечества, а другие не понимают, зачем тратить бездну усилий и миллиарды долларов на изучение элементарных частиц. Сотрудник Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ, победитель Science Slam, создатель паблика «ЦЕРНач» Андрей Серяков объясняет, как одно устройство может решить десятки проблем — от загадки происхождения Вселенной до удаления раковой опухоли из мозга.

Читайте «Хайтек» в

Что такое коллайдер?

Когда люди говорят о Большом адронном коллайдере (БАК), первое, что приходит им в голову, — то, что это самый крупный эксперимент в истории человечества. Ведь это 27-километровое кольцо в предгорье швейцарских альп. На картинке ниже — то, как он выглядел бы на поверхности. Но на самом деле это кольцо, опущенное в туннель от 50 до 150 м под землей.

Устройство ускоряет протоны и ядра свинца до скоростей лишь на несколько метров в секунду меньше скорости света. Обладая такой скоростью, протон преодолевает эти 27 км 10 000 раз в секунду. Потом он их сталкивает — внутри устройства частицы вращаются как по часовой, так и против часовой стрелки. В четырех точках эти пучки пересекаются и происходит столкновение, достигается огромная температура и мы исследуем, как Вселенная вела себя в первые минуты после Большого взрыва.

Другой интересный факт про БАК — там зарегистрирована самая высокая температура в истории человечества. Это примерно 40 тыс. млрд градусов Цельсия. Именно такая температура достигается в момент столкновения частиц с огромной энергией. И если рассматривать то, как развивалась Вселенная, — это будет соответствовать первым микросекундам после Большого взрыва.

Одновременно с этим в коллайдере — самая низкая температура во Вселенной. Например, в Антарктиде зарегистрирована температура –95 °C, в открытом космосе –270 °C. А температура жидкого гелия внутри адронного коллайдера –273,3 °C. Она нужна для того, чтобы магниты, из которых состоит 27-километровое кольцо, находились в состоянии сверхпроводимости. Чтобы можно было пропускать огромное количество тока, но все работало и не перегревалось.

Атом состоит из электронов и ядра, которые обмениваются фотонами, поэтому они связаны вместе. А ядро — из нейтронов и протонов. А почему ядро не разваливается? Потому что протоны положительно заряжены и отталкиваются, а нейтроны не заряжены. Значит, у них тоже есть какое-то взаимодействие в пределах ядра, — оно называется сильным. Сильное взаимодействие — это обмен глюонами.

На картинке ниже представлены все виды взаимодействия, которые существуют в принципе.

Обведенное — это та материя, из которой мы состоим. Протоны и нейтроны состоят из двух типов кварков. Они связаны между собой гелионами — голубые буквы. Они образовали протоны и нейтроны, потом на них надо нацепить электроны, они цепляются с помощью фотонов. А еще есть частицы нейтрино, даже через палец моей руки проходят миллиарды частиц в секунду.

Чтобы их поймать строят огромные детекторы элементарных частиц. Например, один из них находится в Японии — это огромная шахта, заполненная водой, где нейтрино можно ловить поштучно.

Есть и другие типы частиц, которые нас не окружают в том, что они нестабильные, короткоживущие и тяжелее, не распадаются на более легкие частицы.

Как работает энергия?

Чтобы понимать работу БАК, также нужно знать, как работает энергия. В школьной программе объясняется, что тело обладает энергией, когда может совершать работу. Я бы сказал, что тело обладает энергией, когда оно может что-то сделать. Например, если я уроню предмет, то, падая, он может развалиться — это и есть работа, порвались электромагнитные связи, он обладает потенциальной энергией, когда я его подкину. Еще важно, что есть закон сохранения энергии — если я подкидываю предмет, то даю ему кинетическую энергию, в максимуме она переходит в потенциальную энергию, а потом переходит назад.

Тепловая энергия — это тоже кинетическая энергия. Если потереть руку — она станет теплее, то есть кинетическая энергия передается в тепловую, молекула начинает двигаться быстрее и тем самым кинетическая энергия переходит опять же в кинетическую энергию молекул моей руки.

Но потом пришел Эйнштейн и с помощью своей знаменитой формулы сказал, что масса — это энергия. Это открыло огромные возможности, оказалось, что кинетическую энергию можно перегонять в энергию массы и обратно. Если мы разгоним частицы до огромных энергий и столкнем их, то запасенная кинетическая энергия может перейти в рождение новых частиц. Так и устроен адронный коллайдер.

Ускорители нужны именно поэтому: там разгоняют частицы протонов до кинетической энергии, которая в 10 тыс. раз выше, чем его энергия массы и в момент столкновения рождаются новые частицы, которые нас не окружают. Поэтому с точки зрения физиков БАК нужен, чтобы создавать новые частицы. Например, Бозон Хиггса именно так и был открыт.

Что делает коллайдер?

Для того, чтобы разогнать частицы, там используются радиочастотные резонаторы. В 27-километровом ускорителе в двух местах стоят резонаторы, постоянно меняется электрическое поле, частица пролетает, получает «пинок», пролетает еще 27 км, затем снова получает «пинок» и так далее. Она летает почти со скоростью света, поэтому этот процесс происходит 10 тыс. раз в секунду. Даже двигаясь несколько минут, она уже получает огромную энергию.

При этом нужны магниты, которые удерживают частицы в окружности. Размер коллайдера зависит от магнитов. Если бы мы могли сделать более мощный магнит, устройство было бы меньше. Но есть еще одна причина, почему нам нужны магниты. Ведь пучок состоит из протонов, которые отталкиваются друг от друга, и их нужно сфокусировать, чтобы произошло как можно больше столкновений.

Так устроен БАК — там разгоняют сотни известных частиц, чтобы получить одну новую. Она проживает очень маленький промежуток времени, разваливается на частицы, которые разлетаются в разные стороны со скоростью света. Но как зафиксировать новую частицу, если она так мало живет?

Как зафиксировать открытие?

Для фиксации ученым нужен очень хороший фотоаппарат. В этой роли используется огромный детектор элементарных частиц, он снимает каждое столкновение протонов и ядер свинца. На БАК таких детекторов четыре. Один из них, ALICE, весит 10 тыс. тонн, как Эйфелева башня. Самый тяжелый детектор — CMS, его масса около 18 тыс. тонн, и именно он открыл Бозон Хиггса.

Вот так выглядит снимок столкновения протонов на Большом адронном коллайдере. Каждая линия здесь — это след рожденной частицы. Это реальная фотография, слева можно увидеть, что он сделан 4 июля 2016 года в 16 часов 18 минут 25 секунд. Таких столкновений происходит до 100 млн в секунду.

Как сделать открытие?

Для простоты допустим, что есть новая частица, которая распадается на известные нам частицы. Например, когда искали Бозон Хиггса, ученые уже предполагали, что он должен распадаться на два фотона. Это означает, что детектор должен не просто понимать, куда и с какой траекторией разлетелись частицы, но и какими они были.

Этим обусловлены размеры детектора и их структура — это так называемая структура матрешки. Первые слои детекторов — пиксельные, по технологии они похожи на пиксели, которые есть в камерах смартфонов, но они ловят не фотоны, а частицы. Допустим, заряженная частица пролетает и пиксели зажигаются — потом можно увидеть их траекторию, а если следа нет, значит, частица была незаряженной.

Затем идут калориметр, который уничтожает частицы, после чего остаются «ливни», по их размеру можно определить энергию частицы. А по траектории можно понять импульс протона, калибраторы могут определить их энергию, после этого можно понять массу частиц.

Как появился Бозон Хиггса?

Представим, что есть столкновение, в котором рождаются только фотоны. Значит, мы можем ловить их, и они будут появляться в разных процессах.

Теперь предполагаем, что в этих же процессах очень редко рождается Бозон Хиггса. Он обладает массой, распадается на два фотона, и в этом процессе должен соблюдаться закон сохранения импульса и энергии. Как эти два фотона будут отличаться от фотонов, которые появляются в других процессах? Законами сохранения — Бозон Хиггса обладает определенной массой и импульсом. И если мы посчитаем так называемую инвариантную массу, то есть их суммарный импульс и энергию, то сможем посчитать массу бозона.

Для чего еще нужен БАК?

Во Вселенной еще много неизвестных процессов, чьи принципы работы нам непонятны. Например, Вселенная существует, а, согласно современным теориям, количество материи и антиматерии должно быть одинаковым. Если в столкновении частиц на коллайдере родилось пять кварков, то родилось и пять антикварков. Но если бы это выполнялось и после Большого взрыва, — нас не должно было существовать, Вселенная была бы пустой, наполненной фотонами.

Есть другая цель — заглянуть в прошлое Вселенной. Скорость света ограничена, и когда мы смотрим в телескоп, то видим галактики в прошлом. Но у метода есть предел — 400 тыс. лет после Большого взрыва, когда Вселенная была непрозрачной. Единственный способ туда заглянуть — это ускорители элементарных частиц.

Перед учеными стоят и другие задачи — например, определить состав Вселенных, которые нас окружают. На этот вопрос тоже пытается ответить БАК, есть фабрика производства антиматерии, где ученые роняют антиатомы и смотрят, как они падают, и смотрят как на них влияет гравитация. Или сталкивают частицы, чтобы попробовать создать частицу антиматерии. Но для этого надо апгрейдить БАК, чтобы он производил еще больше столкновений.

Сейчас обсуждается строительство 100-километрового коллайдера в ЦЕРН, его энергия будет в 10 раз выше, чем на современном коллайдере. Он будет называться Future Circular Collider, циркулярный коллайдер будущего. Он должен появиться в 2050-е годы. Бюджет проекта — $20 млрд.

Для чего БАК нужен не физикам?

У большинства этих исследований нет практического применения. Но все, что там делается, — происходит впервые, поэтому это данные для неожиданных открытий. В будущем они могут стать технологиями, которыми мы пользуемся — например, интернет придумали в ЦЕРНе 30 лет назад, там же загрузили первую гифку.

Из-за ускорителей, например, сделали первую систему GRID — это сеть вычислительных мощностей по всей планете. Она нужна была для хранения огромного количества данных, которые коллайдер производит каждую секунду.

В начале 70-х в ЦЕРНе придумали сенсорный экран. Но пришлось потратить еще 40 лет, прежде чем вышел первый айфон и сделал революцию в обыденности.

Есть много медицинских технологий, которые изначально придумали для ускорителей. Например, ПЭТ — метод, которым, например обнаруживают раковые опухоли. По факту, это детектор элементарных частиц, куда засовывают человека, впрыскивают малую дозу радиоактивного вещества, из раковой опухоли начинают вылетать фотоны, которые дают понять, что у человека опухоль. Или есть специальная методика по удалению раковых опухолей — адронная терапия. Где с помощью пучка удаляют опухоль, до которой сложно добраться хирургически.

Так что ответ на этот вопрос о том, зачем нужен БАК, зависит от того, у кого вы спросите. С его помощью можно узнать, как устроена Вселенная, политик скажет, что с его помощью можно развивать науку, а экономист — что он может приносить прибыль.

Читать далее:

Источник: hightech.fm

ЦЕРН запустил КОЛЛАЙДЕР на новую СВЕРХМОЩНОСТЬ. Что случится с нашим миром? (ВИДЕО)

В августе 2008 года проводилась первая серия испытаний БАК, и тогда же на США обрушились разрушительные ураганы, а в Ленинградской области наблюдалось на небе нечто вроде аномального небесного «луча». Осенью того же года прошел и пробный запуск коллайдера, и практически вслед за тем в Индонезии, Японии, Чили, Иране произошли землетрясения (силой от четырех до семи баллов).

Коллайдер — это портал в иное измерение?

В апреле 2022 года самый большой и мощный в мире коллайдер элементарных частиц снова заработал после трехлетнего перерыва. С 5 июля 2022 года он будет работать круглосуточно в течение почти четырех лет. Уровень энергии составит 13,6 триллиона электронвольт, объявила Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). В августе 2008 года проводилась первая серия испытаний БАК, и тогда же на США обрушились разрушительные ураганы, а в Ленинградской области наблюдалось на небе нечто вроде аномального небесного «луча». Осенью того же года прошел и пробный запуск коллайдера, и практически вслед за тем в Индонезии, Японии, Чили, Иране произошли землетрясения (силой от четырех до семи баллов).

Многие независимые наблюдатели так заинтересовались такими совпадениями, что упустили из виду еще один примечательный факт. Той же осенью в США неожиданно скончался (по официальной версии, от скоротечного рака) известный писатель Майкл Крайтон.

Ровно за десятилетие до своей внезапной кончины в 2008 году американский писатель-фантаст Майкл Крайтон в технотриллере «Стрела времени» описал приключения современных археологов, которые вдруг оказываются в Средневековье. Это стало возможным благодаря созданному его воображением прототипу Большого адронного коллайдера. В книге описывались якобы реальные события.

В 1998 году группа археологов, проводивших раскопки французского замка времен Столетней войны, при помощи новейших квантовых технологий перенеслась в Средневековье. Роман «Стрела времени» гениально предсказал как создание коллайдера, так и возможные опасные последствия его использования ради «передачи посылок в другие измерения».

Вероятный ключ к разгадке событий книги оказался в руках общественности лишь осенью 2015 года. Тогда в прессу проникли сообщения о том, что ученым, работающим на Большом адронном коллайдере (БАК), впервые удалось достичь рекордной суммарной энергии столкновения протонов — 13 ТэВ (тераэлектрон вольт). Примерно такой была энергия частиц сразу после Большого взрыва. Этого достаточно, по мнению ряда ученых, для перемещения в другие измерения, а также в пространстве и времени.

Тогда же о результате эксперимента на коллайдере высказался заместитель генерального директора ЦЕРН Серджио Бертолуччи:

«По-видимому, нам удалось найти дверь в другое измерение и даже кое-что туда послать. » . А что произойдет в случае нового запуска коллайдера на новой сверхмощности? Вопросов пока больше, чем ответов.

Сделано по материалам журнала «Тайны ХХ века», за октябрь 2015.

Еще прочитать:

Источник: d-galaydov.livejournal.com

masterok

Запуск в 2008 году большого адронного коллайдера стал настоящим прорывом в науке, который ждали вот уже много лет. Однако мало кто знает, что эта научная революция могла произойти гораздо раньше, и не в Европе, а на отечественных просторах. А всё потому, что в Советском Союзе не просто существовал, но и был почти реализован проект ускорительно-накопительного комплекса.

Вот только его так и не достроили, а огромный объект остаётся заброшенным с довольно туманной судьбой.

Этот уникальный проект задумали воплотить в жизнь в начале восьмидесятых прошлого века, а советское руководство отдало под место строительство территорию в Подмосковье, рядом с городом Протвино. Данный населённый пункт появился в 1965 году на месте закрытого научного посёлка Серпухов-7. Собственно, такой выбор и не кажется удивительным, ведь тамошние учёные как раз и занимались исследовании на действующем на тот момент протонном синхротроне, который, согласно проекту, должен был стать элементом советского адронного коллайдера.

Кроме того, данный район подходил и с географической точки зрения: когда-то данная часть Подмосковья была дном моря, а значит, она являлась максимально устойчивой к сейсмической активности.

Справедливости ради, стоит уточнить, что на момент начала строительства объекта существовали и другие ускорители, однако по мощности они никак не могли составить конкуренцию тому, который должен был появиться в СССР. А первоначально за реализацию амбициозного проекта в жизнь взялись очень активно: к 1983 году были оборудованы первые вертикальные шахты для бурения тоннелей. Вот только бурить столь твёрдую породу оказалось делом очень сложным, что существенно замедляло работы.

Только через пять лет правительство СССР, дабы проект не заглох окончательно, решил выделить дополнительное финансирование, которое пошло на приобретение зарубежных бурильных установок: с их помощью строительство ускорились.

К 1988 году проект был на стадии завершения: готовность основного кольцевого тоннеля составляла 70%, канала инжекции (для перевода ускоренных частиц из синхротрона в коллайдер) — 95%. Кроме того, была практически завершена наземная инфраструктура для осуществления работы ускорителя. Однако на излёте СССР денег на достройку такого масштабного проекта попросту не нашлось: в 1991 году бюджет был серьёзно урезан. Впрочем, распад Советского Союза на этой разработке, в отличие от других, гибельным образом не сказался: строительство было продолжено.

Постепенно его достраивали последующие годы, однако кризис 1998 года практически полностью перекрыл поток финансирования проекта. Тогда, чтобы не навлечь на Подмосковье экологическую катастрофу, объект решили законсервировать до лучших времён. В конечном итоге тоннель и канал инжекции всё-таки достроили, на это потребовалось четыре года.

Но вот на дальнейшее оборудование объекта необходимыми материалами, например, магнитной «обшивкой», денег уже не нашлось. И это при том, что другие помещения коллайдера и вся наземная инфраструктура были готовы к работе. Но о начале эксплуатации речи идти уже не могло.

Однако и на эту, и на другие идеи финансирования по-прежнему нет, а значит, судьба советского коллайдера остаётся на ближайшие годы туманной.

А вот тут мы подробнее уже обсуждали Коллайдер в Протвино

Источник: masterok.livejournal.com