سرن یا سازمان اروپایی پژوهشهای هستهای ، بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرهای جهان است که در سال ۱۹۵۴ در بخش شمال شرقی شهر ژنو در کشور سوییس در مجاورت مرز فرانسه ایجاد شد. در حال حاضر بیست کشور اروپایی عضو این سازمان بوده و بیش از ۲٬۶۰۰ کارمند به طور تمام وقت و همچنین در حدود ۷٬۹۳۱ دانشمند و مهندس (به نمایندگی ۵۸۰ دانشگاه و مؤسسهٔ تحقیقاتی از ۸۰ کشور جهان) در آن مشغول به کارند.
فعالیت اصلی سرن ساخت تجهیزات شتابدهندهٔ ذرات و دیگر زیربناها و تجهیزاتی است که برای تحقیقات فیزیکی در انرژیهای بالا استفاده میشوند.چهار آشکارسازبزرگ سرن، حاصل همکاریهای بینالمللی میباشند. مقر اصلی این سازمان واقع در میرن – یکی از شهرهای تابع ژنو – شامل یک مرکز رایانهای نیز میباشد. این مرکز دارای امکانات پردازشی قدرتمندی میباشد و اختصاصاً برای بررسی دادههای حاصل از آزمایشها تعبیه شده است.
به عنوان یک تأسیسات جهانی، سرن نه تحت حوزهٔ قضایی و حکومتی دولت سوییس و نه تحت نظارت دولت فرانسه اداره میشود . کمک اعانهٔ کشورهای عضو در سال ۲۰۰۸ جمعاً معادل ۶۶۴ میلیون یورو و یا ۱ میلیارد دلار آمریکا بوده است.
دولت سوئیس بعنوان پایه گذار اصلی سرن (به همراه ۱۱ کشور اروپائی دیگر)در پنجاهمین سال تاسیس سرن و بعنوان هدیه، مرکزى به نام «جهان علم و نوآورى» را که یک مرکز شبکه اى جدید و نیز مکانى براى بازدید علاقه مندان است، به این سازمان اهدا کرد.
در این مرکز تحقیقات فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی که مهمترین هدف آن “کشف رازهاى مبداء جهان”تعریف شده است هم اینک بیش از ۳۰۰۰ فیزیکدان و مهندس بعنوان کارکنان مقیم در زمینه های مختلف نظری و آزمایشگاهی مشغول بکار هستند.در سرن همچنین بیش از ۶۵۰۰ دانشمند از ۵۰۰دانشگاه از ۸۰کشور دنیا بصورت بازدیدهای کوتاه مدت به سرن می آیند که خود نشان از همکاری بزرگ و بی نظیر علمی دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمی جهان دارد. به گفته «چارلز کلایبر» وزیر علوم و پژوهش هاى سوئیس، در۵۰ سال گذشته سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى کانون همایش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ریشه هایى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. کلایبر در مراسم جشن پنجاهمین سالگرد تاسیس «سرن» گفت: “در این مرکز مناقشات و دشمنى هاى سیاسى به هیچ وجه راه ندارد و حکمفرمایى همین روحیه باعث شده است این سازمان بتواند در چگونگى شکل گیرى تفکر انسان نسبت به طبیعت و آغاز جهان کمک هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد”.
به جز سوئیس ۱۱کشور اروپائی دیگر که در تاسیس پروژه سرن همکاری داشتند عبارت بودند از:
بلژیک،دانمارک،آلمان،فرانسه،یونان،بریتانیای کبیر،ایتالیا،یوگسلاوی،هلند،نروژ و سوئد.
و البته بعدها نیزکشورهای اطریش (۱۹۵۹)، اسپانیا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوری چک (۱۹۹۳)، اسلوواکی (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضویت آن درآمدند.
این کشورها اعضای اصلی اداره کننده سرن هستند و از لحاظ اداری-مالی تامین کننده عمده هزینه های مالی سرن هستند.این کشورها سالیانه حداقل مبلغی بالغ بر ۵میلیون یورو پرداخت میکنند که صد البته بسیاری از این کشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزینه های بسیاری از پروژه های سرن بصورت مستقیم و غیر مستقیم مبالغ دیگری در نظر میگیرند مثل آلمان و ایتالیا تاکنون فقط برای یکی از پروژه های سرن به اسم (LHC) تاکنون بیش از۳۰۰میلیون یورو هزینه کرده اند.
برنامه های تحقیقاتی سرن
بزرگترین برنامه کنونی سرن،علاوه بر تحقیقات گوناگون در زمینه فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی،اجرای پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) یا همان” ابرتصادم گر هادرونى”است که بعنوان بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان شناخته میشود. ابرتصادم گر هادرون یک شتاب دهنده ذرات با انرژى و پیچیدگى بى نظیر و بى سابقه است که نتیجه آن همکارى و مشارکت جهانى براى آشکارسازى بخش جدید پنهانى از حقیقت است.
دسته دوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،شش کشور آمریکا،روسیه،ژاپن،ترکیه،هند و اسرائیل هستند که بعنوان ناظر در سازمان تحقیقات هسته ای سرن حضور دارند.این کشورها هم سهم و مشارکت فعالی در انجام پروژه های تحقیقاتی سرن و همچنین در تامین هزینه های مالی و تجهیزات سرن دارند.برای مثال تاکنون ایالات متحده رقمی بالغ بر یک میلیارد دلار برای پروژه LHC هزینه کرده است.
و اما دسته سوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،کشورهای غیر عضو سازمان اروپائی تحقیقات هسته ای هستند که در برنامه های مختلف تحقیقاتی سرن مشارکت دارند.این دسته که شامل ۲۶کشور است عبارتند از:
الجزایر،آرژانتین،ارمنستان،آذربایجان،بلاروس،برزیل،چین،کانادا،کرواسی،قبرس،استونی،گرجستان،ایسلند،
ایرلند،مکزیک،مراکش،پاکستان،پرو،رومانی،صربستان،اسلونی،آفریقای جنوبی،کره جنوبی،تایوان،اوکراین و ایران.
این کشورها بسته به توانائی های علمی و تحقیقاتی خود می توانند در پروژه های آزمایشگاهی و نظری سرن شرکت می کنند.در حقیقت،عمده ترین بهره این کشورها از همکاری با سرن،تماس نزدیک و خارج از محدودیت های متداول (سیاسی) با تکنولوژی نوین و کسب مستقیم و بی واسطه دانش علمی و فنی است.
بعد از عضویت رسمی ایران در سرن در سال۲۰۰۱ میلادی و همکاری با سرن در زمینه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامین قطعاتی از این پروژه هم اینک هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دکترا در زمینه فیزیک ذرات بنیادی در سرن مشغول پژوهش و تحقیقات هستند و همچنین قرار است دو دانشجوی دیگردوره دکترا به این جمع اضافه شود.لازم به ذکر است که مشارکت انفرادی فیزیکدانان ایرانی در سرن به قبل از سال۲۰۰۰ بر می گردد.
پیش از این درباره شتابدهنده خوشه های پروتونی LHC با محیطی بالغ بر ۲۷ کیلومتر به مختصر گفته شد که بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان به شمار میرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژی پروتونی با انرژی بیش از Tev 7 است که با برخورد دادن این دو پرتو و آشکارسازی ذرات حاصل از این برهمکنش آنها ساختار درونی مواد و ذرات بنیادی سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه ای بالغ بر شش میلیارد دلار از سال۱۹۹۵ شروع شده و راه اندازی آن و شروع آزمایشهای مربوطه برای انتهای سال ۲۰۰۷ پیش بینی شده است. بد نیست بدانید که هزینه ساختمانی که این شتابدهنده در آن نصب می شود بالغ بر ۵۰۰ میلیون فرانک سوئیس است و پیش بینی می شود که هزینه نهائی آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمایشات در نهایت بالغ بر ۱۰میلیارد یورو شود.جزئیات بیشتر از ساختار و نحوه کار LHC موضوعی نیست که ما بدنبال آن باشیم بلکه میخواهیم نقش و فعالیت ایران را در ساخت این پروژه عظیم تحقیقاتی جهان مورد بررسی قرار دهیم.
تاریخچه سرن
کنوانسیون تأسیس کردن سرن در تاریخ ۲۹ سپتامبر ۱۹۵۴ توسط ۱۱ کشور اروپای غربی امضا گشت. سرواژهٔ CERN در اصل بر گرفته از عبارت فرانسوی Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire به معنای انجمن پژوهشهای هستهای اروپا است که در ابتدا انجمنی موقتی برای برپا ساختن آزمایشگاهها بود که در سال ۱۹۵۲ توسط ۱۱ کشور اروپایی شکل گرفت. سرواژهٔ مذکور پس از منحل شدن انجمن موقتی به عنوان نام آزمایشگاه ابقا گشت، با وجودی که نام اصلی در سال ۱۹۵۴ به نام کنونی آن Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire به معنای سازمان پژوهشهای هستهای اروپا تغییر یافت. به عقیدهٔ لئو کوارسکی، یکی از مدیران ارشد سابق سرن، وقتی که نام سازمان تغییر یافت، سرواژهٔ بی لطافت OERN ایجاد میشد، و هایزنبرگ گفت: «با وجودی که نام اصلی تغییر پیدا کرده است، نیازی به تغییر در سرواژه نیست» .
چندی پس از تأسیس مرکز، کارهای انجام گرفته درون آزمایشگاه فراتر از پژوهش بر روی هستهٔ اتمها پیش رفت و و وارد وادی فیزیک انرژیهای بالا شد. فعالیتی که اساساً تمرکز آن بر روی پژوهش در مورد کنشها و تأثیرات میان ذرات بود. با این تفاسیر آزمایشگاهی که توسط سرن مدیریت میشد عمدتاً اشاره به آزمایشگاه اروپایی فیزیک ذرات (Laboratoire européen pour la physique des particules) دارد که این عبارت بیانگر واضحتر پژوهشهای کنونی سرن میباشد.
اطلاعاتی چند در مورد سرن
میزان دادههای خامی که در سرن تولید میشود، اعجابآور است. خود LHC حدود ۱۵ پتابایت (۱۵ هزار و ۳۶۰ ترابایت) اطلاعات را در سال تولید میکند و نتیجه ۶۰۰ میلیون برخورد دادن ذرات در هر ثانیه ضبط میشود.
از سال ۲۰۰۲ به بعد، این داده به شبکه جهانی که از مراکز رایانهای تشکیل شده، ارسال میشود و در اختیار بیش از هشت هزار فیزیکدان قرار میگیرد. این شبکه، «شبکه محاسباتی جهانی LHC» نام دارد.
زمانی که سرن در سال ۱۹۵۴ بنیان نهاده شد، هیچ سیستم متمرکزی وجود نداشت، شیوههای ضبط دادهها بسیار متنوع بودند و هیچ فناوری مانند اینترنت که قادر به سهیمکردن آسان اطلاعات باشد، در دسترس نبود. اینترنت در اصل توسط سرن ایجاد شد.
در دهههای آغازین، ضبط دادهها به ندرت دیجیتالی بودند و بیشتر به عنوان گزارشات تایپشده بر روی کاغذ وجود داشتند.این وضعیت هرجومرجگونه تا اواسط دهه ۱۹۷۰ ادامه داشت تا این که در سال ۱۹۷۶ سرن، CERNET را معرفی کرد.با استفاده از این سیستم، دادهها میتوانست بین فریمهای اصلی متعدد و رایانههای کوچکتر از طریق خطوط سریالی ۲Mbit/s منتقل شود.
«سرننت» برای یک دهه فعال بود و پل LAN خود را داشت که اترنتهای سرن اولیه را به یکدیگر متصل میکرد.با این حال، هیچ یک از اینها امکان برقراری ارتباط از راه دور را فراهم نمیکرد و نیاز به یک سیستم کارآمدتر ضروری به نظر میرسید.
در اوایل دهه ۱۹۸۰، برای نخستین بار از یک کانال ماهوارهای برای اتصال دو شبکه محلی استفاده شد.در سال ۱۹۸۳، اترنت معرفی شد و از سال ۱۹۸۴ تا ۱۹۸۵، پروتکلهای TCP/IP در سرن پایهریزی شدند.
به تدریج TCP/IP معرفی شد و راه را برای تغییرات بزرگ در شیوه برقراری ارتباط سرن و در نهایت تمامی دنیا هموار کرد.نخستین اتصال اینترنتی در سرن در سال ۱۹۸۹ برای منابع خارجی افتتاح شد.همچنین در سال ۱۹۸۹، پروژه ENQUIRE توسط تیم برنرز-لی آغاز شد. این دانشمند در سال ۱۹۹۰ به رابرت کایلیائو، دانشمند علوم رایانه، ملحق شد.این پروژه مبتنی بر استفاده از هایپرتکس برای سهیمکردن اطلاعات بین محققان سرن بود.
این موفقیت در سال ۱۹۹۱، به ایجاد نخستین وبسایت آنلاین منجر شد و سپس وب جهانی را به دنبال داشت که در تاریخ ۳۰ آوریل سال ۱۹۹۳، سرن آن را برای تمامی کاربران رایگان اعلام کرد.
گرچه این وب نقش شاهکاری را در محاسبات جهانی داشت، اما تنها وبی نبود که سرن در ایجاد آن نقش داشت.امروزه، این سازمان به یک پیشگام در عرصه محاسبات شبکهای تبدیل شده است.در سال ۲۰۱۲ «شبکه محاسباتی جهانی LHC» بیش از ۱۷۰ مرکز رایانه را در ۳۶ کشور مختلف پوشش داد.این سیستم به چهار رده ۰، ۱، ۲ و ۳ تقسیم شده که هر یک خدمات ویژهای را عرضه میکند.
در سطح نخست، رده ۰، «مرکز داده» سرن قرار دارد که مسئول ذخیره تمامی دادههای خام تولیدشده توسط LHC است.« مرکز داده» همچنین فرایند تحلیل را با بازسازی اطلاعات به شیوهای مفیدتر آغاز میکند. این داده سپس از خلال یک شبکه فیبر نوری به ۱۱ مرکز رده ۱ واقع در سراسر جهان میرود.این شبکه که با سرعت ۱۰ گیگابیت در ثانیه عمل میکند، به عنوان «شبکه خصوصی نوری LHC» شناخته شده است.
در مراکز رده ۱، اطلاعات حاصل از مرکز داده بازپردازش شده و بر روی یک نوار ذخیره میشود. در این مرحله نسخههایی از داده خام نیز ذخیره میشوند.از این نوار برای ذخیره داده استفاده میشود، زیرا مدت طولانیتری نسبت به دیسک یا مموری RAM دوام دارد.استفاده از این نوار همچنین اقتصادیتر است، زیرا ارزان بوده و برق کمتری مصرف میکند؛ با این حال، محققان میتوانند به آخرین دادهها بر روی مرورگرهای دیسک دسترسی داشته باشند.
در مرحله بعدی، مراکز رده ۱ اطلاعات پردازششده را به ۱۴۰ مرکز رده ۲ انتقال میدهند.این مراکز شامل دانشگاه و موسسههای علمی هستند که از طریق شبکههای استاندارد به سایتهای رده ۱ متصل هستند.در این جا دادهها دوباره ذخیره، پردازش و تحلیل میشوند و این نخستین سطحی است که در آن مشارکت رسمی با WLCG وجود دارد.
پس از عبور از خلال مراکز رده ۲، داده از طریق رده ۳ در دسترس دانشکدههای تحصیلی و افراد قرار میگیرد.با افزایش اطلاعات جمعآوریشده از آزمایشهای سرن، شبکه نیز گستردهتر میشوند.در ژوئن سال ۲۰۱۳، یک مرکز رده ۰ جدید در بوداپست مجارستان افتتاح شد.این سایت جدید که در «مرکز تحقیقات فیزیک ویگنر» نصب شد، به مرکز داده سرن مرتبط است و توانایی انتقال ۱۰۰ گیگابیت در ثانیه را دارد.مرکز ویگنر به گونهای عمل میکند که گویی بخشی از «مرکز داده» خود سرن است، گرچه ۶۰۰ مایل با این مرکز فاصله دارد.این «مرکز داده» اضافی توانایی پردازش سرن را تا حدود ۷۰ درصد افزایش میدهد.گرچه سرن یک سیستم شبکهای ردهبندیشده است، به هشت هزار فیزیکدان از سراسر جهان امکان دسترسی به دادههای جمعآوریشده را در زمان واقعی میدهد.
نویسنده : ایمان دهقانی
منبع
ویکی پدیا
خبرگذاری ایرنا
انجمن فیزیک دانان جوان ایرانی
وبسایت تابناک