Kaido Einama, Arvutimaailm, oktoober 2007. Reportaazh.
Tuumafüüsikutega CERNis on lõunat süüa raske. Piisab vaid prantsuspärase kala pealt jutt viia sealsele 27 km pikkusele hiigelkiirendile, kui teema kaldub müüonite, positronide ja neutriinode maailma ja võhikul jääb üle vaid suud maigutada. Siiski – Arvutimaailma reis Universumi saladuste juurde Euroopa Tuumauuringute keskuses CERNis Genfi külje all tõi selgust nii mõnelegi põhimõttelisele küsimusele.
Näiteks küsimus, kas korraga kogu Internetis liikuvat infot oleks võimalik ühest punktist laiali saata, sai jaatava vastuse. Kuid see ei lahenda muidugi universumi tekke müsteeriumi. Küll aga on elementaarosakeste katsete juures vaja enam-vähem arvutusvõimsust, mida seni planeedil Maa pole nähtud. Siit saab vastuse ka küsimus, miks me tuumauuringutest kirjutame just arvutiajakirjas.
Niisiis istuvad CERNi Galileo väljakul asuv hiiglaslik kerajas ehitises, mis muuseas on üleni puust, lõunalauas Balti riikide ajakirjanike vastas üsna juhuslikult samasse lauda sattunud kommunikatsioonisüsteemide ja võrgunduse tiimijuht David Foster ning veel üks kohalik insener, kes, nagu selgub, pole samuti mitte niiväga tuuma-, kui rohkem IT-teadlane. Aga teavad nemadki, mis seal maa all tehakse.
"Enam suuremat ringikiirendit teha pole mõtet," ütleb Foster 27 kilomeetri pikkuse tunneli kohta 100 meetri sügavusel maa all, mida nimetatakse suure kiirendi tunneliks. Kui ehitada veelgi suurem, siis mitte ükski vägi ei pea enam osakesi selles kinni. Järgmisena, kui peaks vajadus tekkima, ehitatakse lineaarkiirendi, näiteks 50 km pikkune. See on siis üks pikk ja sirge tunnel. Praegune tehnoloogia lubab sellist sirgjoonelist kiirendit juba rajada. Kuid mida seal uurima hakataks, selle peab välja selgitama praeguse hiigelkiirendiga katseid tehes.
Selgub, et sealkandis alustati kiirendi ehitamist juba 80ndatel. Ehitati, kuid veel ei teatud, kuhu 30-40 aasta pärast võib tehnoloogia välja areneda. Loodeti, et ehk on siis juba tehnika nii võimas, et hiigelkiirendi koos hiigeldetektoritega on juba võimalik. Alguses tehti ära ka tuim kopa- ja kaevamistöö, mis selle ajastu tehnoloogiale oli jõukohane. Ja nii tasapisi edasi – 90ndatel esimesed uued solenoidmagnetid, viimastel aastatel detektorid ja arvutivõrk. 2008. aastal võib elementaarosakeste kiirendi vaikselt sisse lülitada.
CERNi IT-osakonna juht Wolfgang von Rüden võtab kogu hiigelprojekti kokku sõnadega: tahame selle projektiga teada saada, mis toimus kohe peale Suurt Pauku, Universumi alguses. Selleks imiteeritakse Suurt Pauku tohutult väikestes mastaapides ja pannakse kõik kirja, mis toimub. Midagi olulist ei tohi kaotsi minna. Selleks ka hiigeldetektorid, mis on viiekordse maja kõrgused ja mille küljes on sadu megabaite infot sekundis vastu võtvad superarvutivõrgud. Selle võrgulahenduse pakkujaks valiti konkursil HP ProCurve.
"Iseenesest on kõik lihtne," selgitab Rüden, "osakesi kiirendatakse väga suure kiiruseni ja siis põrgatatakse vastastiku kokku. Kokkupõrkeid juhtub üliharva, vaatamata täpsele sihtimisele kihutavad enamus osakesi siiski üksteisest mööda, sest nad on nii väikesed. Aga kui kokkupõrge toimub, tuleb kogu sündmuste ahel talletada. Ja siin asub mängu infotehnoloogia."
21. sajandil on infotehnoloogia jõudnud sinnamaale, et üks olulisi katsete õnnestumisi tagavaid vahendeid – tohutu kiirusega arvutivõrgud – on nüüd ka olemas. Aga ka kõige võimsam salvestuskeskus ei jõua ühe katse jooksul kogunevat infot alles hoida. Sellepärast on CERNis loodud võrgusõlmed, mis kiiresti koguneva infohulga veel kiiremini üle maailma erinevatesse teadusasutustesse laiali saadab. See võrk, mille nimeks on GRID (Võre), tegeleb juba petabaitide andmetega (tuhandete terabaitidega), mis tahavad kiiret liigutamist üle maailma asuvatesse arvutuskeskustesse. Võrestruktuur võimaldab kasutada arvutiressursse kaugemal, juhtides andmeid sinna, kus hetkel on vaba ressurssi nende andmete töötlemiseks.
"80ndatel mässasime siin CERNis veel sellega, et telefoniliinid töötaksid korralikult," meenutab Rüden, "siis tundus uskumatu, et kunagi jõutakse nii kaugele, et suuremahuga võrk salvestab ülikiirelt kogu katsetega kogunenud info."
Järgmisel suvel tehakse Suur Pauk
Kui 2008. aasta suvel CERNi hiigelkiirendi sisse lülitatakse, siis niipea teda välja lülitama ei kiputa. Sest kõigepealt läheb tohutu energia hiigelmagnetite käivitamisele ja tunnelis absoluutse nulli (-271 kraadi) lähedase temperatuuri tekitamisele.
Mis sellest eksperimendist välja tuleb, sellest ei taha CERNi teadlased eriti keegi rääkida. "Katsetatakse erinevate teooriate paikapidavust, et leida see õige," räägib Foster, kuid lisab, et mis selle teadmisega hiljem peale hakata, seda ei tea veel keegi. Kas siit tuleb uus energiaallikas fossiilse kütuse kriisiks valmistuvale Euroopale, järjekordne massihävitusrelv või veel midagi – ei tea. Kuid teadlaste silmad löövad särama sellegi teadmise peale, kui katse tulemusena osatakse natukene täpsemalt öelda, kuidas Universum sai alguse ja miks ta on just selline, nagu praegu.
Igatahes lubavad kõik CERNi teadlased nagu ühest suust, et katsel pole mingisugust ohtu ei kohalikele elanikele ega ka meie planeedile, kuigi mõned sõnad, nagu näiteks Suur Pauk võivad umbusku tekitada. Planeeti õhku ei lasta. Kuigi maa all kiirendi käikudes ei ole katse ajal just väga tervislik viibida – osakeste lendamise ajal esineb seal radioaktiivsust. Must auk? Jah, see võib tekkida küll, kuid üliväike, arvab Foster. Nii pisike, et sinna kukub vaid mõni elementaarosake, mitte planeet.
CERNi Atlase detektori kompleks, mis on kiirendi üks suurimaid ehitisi, asub nagu Šveitsile kombeks põldude vahel. Üle maisipõllu hiilib keskusesse mitu kõrgepingeliini – siia hakkab järgmisel suvel imbuma tohutu energiakogus, mis on võrreldav Genfi linna elektritarbimisega. Juhtimiskeskuses maa peal on rohkem kui 100 ekraani, seega võib seal katse ajal avaneda võimsam vaatepilt kui kosmosejuhtimiskeskuses kosmoselaeva stardi ajal.
Kui meid viiakse Atlase detektori kohal maa peal asuvasse ilmetusse hoonesse, räägib gruppi juhtima asunud ekskursioonijuht, et tegelikult tegeletakse seal kümnete petabaitide info kokkukorjamisega selleks, et peaaegu kõik sellest pärast ära visata. "Ja selle eest me tahaksime veel Nobeli auhinda saada," viskab ta nalja. "Praegu teame me, millest on tehtud 5% Universumist. 95% ainest on aga sõna otseses mõttes tume maa. Meil pole aimugi, mis see on," põhjendab ekskursioonijuht hiigelkiirendi vajalikkust. Seal tekitatud olukorra analüüsimisel võib hakata ähmaselt aimama Universumi põhisaladusi: mis on gravitatsioon, millest Universum koosneb, miks eelistatakse mateeriat antimateeriale jne. Ning miks mitte ka hakata välja selgitama looduse põhilisi seadusi, mille järgi kogu maailm toimib. Aga sinna on veel pikk tee.
Paneme kiivrid pähe ja kiikame 100 meetri sügavusse kaevu, mille kohal kõõlub 200-tonnise kandejõuga kraana. Sellest kaevust lastaksegi alla Atlase detektori hiiglaslikud detektorplaadid ja solenoidmagnetid. Mõned detailid on viiekordse maja kõrgused ja valmistatakse siiski mikronise täpsusega. Igal detektorikihil on ülesanne kinni pidada ja registreerida erinevaid osakesi ja laenguid. 150 miljonit andurit, mis kiirendi detektoritesse paigutatakse, koguvadki kokku selle petabaitides infot, mis vaja paarkümmend tundi kestva katse jooksul kähku kuhugi salvestada.
Kiirendi pidi avatama juba 2005. aastal. Paraku on sellise hiigelprojektiga alati igasuguseid takistusi. "Ootamatusi on igal sammul, kui teha midagi sellist, mida inimkond pole kunagi varem teinud," seletab Foster pika ehituse põhjuseid. "Siin on maa all 27 km pikkune tunnel ülitäpselt häälestatavate magnetitega, siin on juba üks sektor kiirendist suurim maailmas, meil on neid sektoreid aga kokku kaheksa," selgitab Foster hiljem, kui oleme maa peale tagasi tulnud. "Kogu tehnoloogia on läbinisti uus."
USA tahtis sarnast kiirendit teha Texases tühjale kohale ja ei õnnestunud. CERNi teadlased peavad enda projekti edu üheks põhjuseks seda, et ei hakatud ühel päeval mõtlema, et nii, kuhu me nüüd selle hiigelkiirendi rajame. Küsimust polnud – CERNis oli teemaga tegeletud juba üle 50 aasta ja sinna tuli ka kiirendi.
Kuna tegemist on arvutiajakirjaga, siis ei saa me muidugi rääkimata jätta ka sellest meeletust infotehnoloogia hulgast, mis härrastel tuumafüüsikutel vaja läheb, et oma eksperimendid läbi viia. Selleks astusime sisse CERNi serverikeskusesse, mis asub kahel korrusel. 785 miljoni eurose aastaeelarvega asutuses saab kokku kuhjata arvutusvõimsusi, mis muidu tunduvad liiga müstilised. CERN kasutab ühe esimesena maailmas 10-gigabitiseid võrke – tohutu infokogus on vaja ülikiirelt teistesse arvutuskeskustesse laiali saata. Serverikeskusesse on laotatud kokku 3000 km LAN võrgu kaableid, 8000 protsessorit ja 4000 arvutit. Kuid neid tuleb veel juurde. Praegu saab saalides jalutada kümnete meetrite pikkuste tühjade räkiriiulite vahel, mis enne suve kõik ära täidetakse.
CERNis on tööl ka kümmekond eestlast. Ametlikult pole Eesti siiski veel teadusnõukogu liige, kuid näiteks Bulgaaria ja Tšehhi on. Kui ühel hetkel hakatakse avastama universumi saladusi, siis lubatakse Euroopa Liidus seda infot lahkelt jagada. Luureasutused ei pea CERNi maa-alustes käikudes ringi nuuskima, tegemist on täiesti avaliku projektiga ja sõbralikult uurivad universumi elementaarosakesi koos nii Euroopa, Aasia, Venemaa kui USA teadlased.
Mis on CERN?
CERN on Euroopa tuumauuringute keskus, mille nõukogus on 20 liikmesriiki Euroopast. Vaatlejatena osalevad CERNi tegevuses India, Iisrael, Jaapan, Venemaa, Türgi, USA, Euroopa Nõukogu ja UNESCO.
- Töötajaid: 2645
- Suurus: maailma suurim elementaarosakeste uuringu keskus
- Asutatud: 1954. a
- Asub: Genfis, Šveitsi-Prantsuse piiril
Eesmärk: otsida vastuseid Universumi tekke ja struktuuri põhjustele: millest ta on tehtud, kuidas tekkis Universumi praegune nägu, millised on kõige elementaarsemad loodusseadused, mille järgi mateeria käitub?
Mida tehakse: CERN ehitab praegu maailma suurimat osakeste kiirendit LHC, millega suunatakse osakeste kiired põrkuma üksteisega, et luua piltlikult olukord, mis eksisteeris Suure Paugu esimestel hetkedel.
GRID – CERNi hiigelarvutivõrk
GRIDiks nimetatakse arvutivõrku, mis tuumauuringute keskuse eksperimendiandmed serverikeskustesse laiali toimetab. 2002. aastast alates loodud võrk tarbib koos kohapealsete serverikeskustega 1 MW elektrienergiat, talletab kohapeal 15 petabaiti infot.
27 km pikkune tunnel prootonitele ja teistele
LHC (Large Hadron Collider) ehk suur hadronite põrkur on 27 km pikkusesse ringtunnelisse Prantsuse-Šveitsi piiril 100 meetri sügavusel mägede all ehitatud elementaarosakeste katsetoru, milles on puhas vaakum ja ülimadal temperatuur ning kus hakatakse ülisuure energiaga 99,9% valguse kiirusel kokku põrkuvate osakeste käitumist uurima. Tunnelis asuvad detektorid, mis registreerivad, mis juhtub, kui osakesed kokku põrkavad ja energiast saab uus mateeria vastavalt Einsteini valemile E=mc2. Prooton teeb LHC tunnelis 11245 tiiru sekundis ja läbib 10 tunni jooksul 10 miljardit kilomeetrit – sama palju kui planeet Neptuunini ja tagasi.
Mis juhtus peale Suurt Pauku?
Praeguste teooriate järgi käis kõik nii: Suure Paugu ajal 13,7 miljardit aastat tagasi pidi antimateeria hävitama kogu mateeria ja järele pidi jääma suur hulk tühjust. Millegipärast otsustas loodus eelistada mateeriat antimateeriale ja väike hulk allesjäänud mateeriat moodustas Universumi, milles me praegu elame. LHC beauty nimeline eksperiment üritab selle põhjustesse selgust tuua. Katse käigus tekitatakse muuseas ka antimateeriat.
