CMS和ATLAS两个实验的物理目标是寻找黑格斯、额外维度和宇宙神秘的暗物质。4个探测器中ATLAS体积最大,能占半个巴黎圣母院。CMS大小只有ATLAS的1/6,但重量是ATLAS的1.8倍,它使用的铁比埃菲尔铁塔还多。它采用圆柱形超导电缆线圈,可产生4万高斯的磁场,相当于地球磁场的10万倍。
LHCb实验将有助于人们了解为什么宇宙中反物质不可思议地缺少。它通过研究一种称为“底夸克”的粒子,专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。
在这4个实验中,3个是质子对撞实验,只有ALICE是重离子对撞实验。LHC将让铅离子进行对撞,在实验室条件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形态,撞击时产生的高温是太阳内部温度的10万倍。物理学家希望看到的是,质子和中子会在这种高温条件下“熔化”,并释放被胶子束缚的夸克。ALICE获得的数据将允许物理学家研究夸克—胶子等离子体的性质和状态。
建造LHC的设想是在上世纪80年代初提出的,有人设想利用当时还在计划中的大型正负电子对撞机27公里长的隧道建造能量更高的对撞机。1984年在瑞士洛桑召开的学术讨论会上成立了几个工作组去研究质子对撞中的物理学。1994年2月,欧洲核子中心理事会批准了这一计划。1995年,LHC的技术设计报告被公布。1998年4月,土木工程开工。
中国:积极贡献力量
据悉,有来自约40个国家大约3000名科学家参加了CMS和ATLAS实验。
中国是参加CMS实验的40多个国家之一,有4家科研单位参与CMS实验。其中,中国科学院高能物理研究所和北京大学组成的CMS中国组成功建造了1/3的端部缪子探测部阴极条室和阻性板室,并参与拟定了CMS技术设计报告。中国科学院上海硅酸盐研究所向CMS提供了核心探测材料——用于电磁量能器的5000余根自主研制的钨酸铅(PWO)闪烁晶体。中国科技大学参与了电磁量能器的研制。CMS中国合作组在高能所建立了CMS实验远程控制中心,与CERN和美国费米实验室一起轮班承担CMS实验的一部分实时控制工作。
ATLAS中国组包括中国科学院高能物理研究所、山东大学、中国科技大学和南京大学四个单位。对ATLAS实验的缪子探测器和电磁能量器的设计和建造作出了重要贡献。
目前,CMS和ATLAS实验的中国科学家正积极参与探测器日常运行值班和非常复杂的模拟数据分析,为用即将获取的实验数据发现包括黑格斯在内的新粒子和新物理作准备。
高能所的计算中心建立了LHC数据分析的网格平台,有2500个CPU,加入全球LHC的实验数据分析网格,为中国物理学家和世界各国的物理学家服务。
LHC网格:为地球上最大的科学设施存储和分析数据
大型强子对撞机(Large Hadron Collider ,LHC)粒子加速器致力于革新我们对于宇宙的认识。世界范围的LHC计算网格(LCG)项目为整个使用LHC的高能物理社区提供了数据存储与分析的基础设施。
启动于2003的LCG,目的是将分布在全世界数以百计的数据中心的成千上万的计算机整合起来,形成一个全球化的计算资源,对LHC所收集的海量数据进行存储和分析。据估计LHC每年将产生15 petabytes(1500万gigabytes)的数据。这等于一年要填满170万张双层DVD盘片!全世界数以千计的科学家需要访问和分析这些数据,所以CERN与33个不同国家的机构展开合作来运营LCG。
LHC实验产生的数据将分布到全世界,同时在CERN用磁带保有一份主备份。经过初始处理,这些数据将分发到十一个大型计算中心——包括加拿大、法国、德国、意大利、荷兰、北欧、西班牙、台北、英国,以及位于美国的两个站点——这些中心拥有足够的海量存储以支持大容积的数据片段,同时能对计算网格提供昼夜不停的支持。
这些所谓的“一级”中心将为超过120个的“二级”中心提供数据以用于专门的分析任务。科学家们可以在本国访问LHC的数据,通过本地计算集群甚至是个人PC。
LHC计算网格由三个“层级”构成,共有32个国家正式参与其中: