(Peter Ginter/CERN) Wenn am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider des CERN Experimente durchgeführt werden, ist das ein gewaltiges Ereignis. Die größte Maschine der Welt hat zahlreiche neue Entdeckungen gemacht subatomare Partikel , einschließlich des Ultra-Flüchtigen Higgs-Boson .
Und in letzter Zeit deuten seine Daten verlockend auf neue Physik hin über das Standardmodell hinaus - der beste Gleichungssatz, den wir haben, um zu erklären, wie das Universum funktioniert.
Aber es stellt sich heraus, dass die Welt immer nur weniger als ein Prozent der Daten sieht, die sie tatsächlich generiert.
Physiker nutzen den 26,7 Kilometer (16,6 Meilen) langen LHC-Tunnel, um Teilchen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und sie so stark wie möglich zusammenzustoßen, um zu sehen, ob sie in dem resultierenden Teilchenschauer etwas Neues finden können.
Diese Teilchen kollidieren mit einer unglaublichen Geschwindigkeit – die anfängliche Geschwindigkeit beträgt etwa 30 Millionen Kollisionen pro Sekunde für Protonenpakete, die etwa 120 Milliarden Protonen enthalten.
Das führt zu einer wahnsinnigen Datenmenge. Auf seiner Website CERN stellt fest, dass eine Milliarde Kollisionen pro Sekunde ein Petabyte pro Sekunde erzeugen.
Und das stellt ein gewisses Problem dar, da das Speichern und Analysieren so vieler Daten unmöglich ist.
„Wenn wir alle 30 Millionen Ereignisse pro Sekunde speichern wollten, bräuchten wir etwa 2.000 Petabyte, um einen typischen 12-Stunden-Lauf zu speichern.“ Bei einem typischen laufenden Jahr mit 150 Tagen Betriebszeit würde das fast 400.000 PetaByte = 400 ExaByte pro Jahr bedeuten – eine riesige Datenmenge, die wir nicht speichern könnten“, sagte CERN-Forschungsphysiker Andreas Hoecker gegenüber Energyeffic.
„Schlimmer noch: Mit der verfügbaren (erheblichen!) CPU-Kapazität wären wir nicht in der Lage, die Daten so schnell zu verarbeiten, wie sie eingehen.“
Daher musste eine fundierte Entscheidung darüber getroffen werden, welche Daten den Speicherplatz beanspruchen. Und im Vergleich zur Gesamtzahl der Veranstaltungen ist es winzig. Von 30 Millionen Kollisionen werden nur 1.200 gerettet.
Das sind nur 0,004 Prozent der gesamten generierten Daten – die anderen 99,996 Prozent gehen für immer verloren.
Das klingt ziemlich erschreckend, wenn man bedenkt, was uns entgehen könnte.
Aber keine Panik. Hoecker sagt, es bestehe kaum eine Chance, dass es Daten gibt, die auf neue Physik außerhalb des Universums hinweisen könnten Standardmodell ist trotz seiner enormen Größe auf dem Ablagestapel gelandet.
„Die meisten der interessanten Prozesse, die wir kennen, sind ziemlich selten.“ Beispielsweise ist die Herstellung eines Higgs-Boson ist ein sehr seltener Vorgang. Mit der bisher erreichten maximalen LHC-Kollisionsintensität produzieren wir etwa 1 Higgs Boson pro Sekunde', erklärte Hoecker.
„Andere interessante physikalische Prozesse sind weniger selten, aber immer noch nur mit einer Geschwindigkeit von bis zu einigen Hundert pro Sekunde.“ Wir verwenden „Trigger“, schnelle Online-Algorithmen, die auf maßgeschneiderter Hardware und Software basieren, um aus der Mehrzahl der weniger interessanten Kanäle die interessanten Kanäle auszuwählen.“
Diese von vielen Physikern mit unterschiedlichen Interessen entwickelten Auslöser basieren auf den Eigenschaften der von den Forschern gesuchten Teilchen, bei denen es sich überwiegend um schwerere Teilchen wie die handelt Higgs-Boson , Top-Quark , Und W- und Z-Bosonen .
Diese schweren Teilchen zerfallen fast sofort in leichtere Teilchen – aber die verlorene Masse wird in Impuls umgewandelt. Die höheren Impulse dieser leichteren Teilchen fungieren dann als eine Art Signatur, die von Algorithmen auf der Suche nach bestimmten Ereignissen erfasst werden kann.
Es ist möglich, als Forbes Artikel Anfang dieses Jahres vorgeschlagen , dass die Daten mit niedrigem Impuls, die aus sogenannten „weichen“ Kollisionen zwischen Protonen herausgeschleudert werden, wichtige Hinweise enthalten könnten. Doch Hoecker hält dies für nicht sehr wahrscheinlich.
„Wenn die neuen Teilchen leicht sind, würde man sich fragen, warum sie nicht bei früheren, weniger energiereichen Beschleunigern entdeckt wurden“, sagte er. „Der LHC baut auf jahrzehntelanger Suche nach neuen Teilchen auf (mit vielen Entdeckungen auf dem Weg) und weitet diese Suche auf energiereichere und seltenere Prozesse aus.“
Es ist möglich, dass in Lichtteilchen oder Photonen neue Physik verborgen sein könnte, wie zum Beispiel das hypothetische „ dunkles Photon ,‘ was dem sehr wohl entgangen sein könnte ATLAS Detektor.
Aber die Lösung hierfür besteht nicht darin, zu versuchen, unglaublich große Mengen meist nutzloser Daten aufzubewahren, sondern neue Detektoren für den Large Hadron Collider zu bauen, wenn sich unser Verständnis und unsere technologischen Fähigkeiten verbessern.
Selbst wenn wir all diese Daten speichern könnten, wäre dies laut Hoecker immer noch eine enorme Verschwendung von Rechenressourcen – obwohl einige wirklich gute Physik unweigerlich weggeworfen werden.
Ein Modernisierung des Large Hadron Collider Der für das Jahr 2025 geplante Start wird es den Physikern ermöglichen, den Auslöser zu verbessern und so die Menge an guten Daten zu reduzieren, die das Spannfutter erhält.
Aber, so Hoecker, der Large Hadron Collider verschwende nicht wirklich etwas. Es wurde entwickelt, um die Physik an der Energiegrenze zu studieren, und genau das tut es – und hat dabei einige wirklich interessante Dinge herausgefunden. Einschließlich neuer Physik.
„Das Finden des Higgs-Bosons ist praktisch neue Physik“, sagte Hoecker.
„Die Tatsache, dass das Higgs-Boson keine Physik jenseits des Standardmodells ist und dass es postuliert wurde, ändert nichts an dem Staunen, das ein Physiker empfindet, wenn er es beobachtet und misst.“