Каждую секунду Большой адронный коллайдер генерирует сотни миллионов частиц; в процессе регистрации и анализа их столкновений формируются огромные массивы данных. Источник: cern.ch

Ученые Европейской организации по ядерным исследованиям (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) сообщили об обнаружении частицы, очень похожей на знаменитый бозон Хиггса – важный элемент стандартной модели ядерной физики.

Пока ученые не готовы с уверенностью утверждать, что субатомная частица действительно является бозоном Хиггса (называемым еще частицей Бога), однако есть «явные признаки» выявления очень тяжелого бозона. Предварительные результаты свидетельствуют о том, что найден самый тяжелый бозон из всех когда-либо встречавшихся ранее. Но на проверку собранных данных требуется дополнительное время.

Бозон Хиггса в стандартной модели ядерной физики объясняет наличие у вещества массы, которая в сочетании с гравитацией придает объектам вес. Нахождение этой частицы должно помочь ученым лучше понять природу вселенной.

Пока результаты носят предварительный характер и базируются на данных, собранных CERN в 2011 и 2012 годах. Данные 2012 года пока анализируются. Результаты анализа ученые надеются опубликовать в июле. Четкую картину наблюдений можно будет сформулировать после получения дополнительной информации по итогам экспериментов на Большом адронном коллайдере, крупнейшем в мире ускорителе элементарных частиц.

Далее ученые CERN попытаются определить точную природу частицы и ее роль в понимании вселенной. Исследователи полагают, что это бозон Хиггса, но нельзя исключать и чего-либо более экзотического. «Стандартная модель описывает фундаментальные частицы, из которых состоим мы и все прочие видимые объекты во вселенной, – пояснили в CERN. – Но видим мы не более 4% от общего объема материи. Более экзотический вариант частицы Хиггса мог бы стать ключом к пониманию тех 96% вселенной, которые остаются для нас неизведанными. Для изучения характеристик новой частицы потребуется дополнительные время и данные».

«Без мировой сети распределенных вычислений мы не смогли бы получить необходимые нам результаты, – заявил на пресс-конференции генеральный директор CERN Рольф-Дитер Хойер. – Вычислительные мощности и сеть, которые были задействованы CERN, стали важнейшей частью исследований».

Каждую секунду Большой адронный коллайдер генерирует сотни миллионов частиц. В процессе регистрации и анализа их столкновений формируются огромные массивы данных. Ежегодно коллайдер порождает 20 млн Гбайт данных. Протяженность основного кольца ускорителя составляет 27 км. Данные собираются в четырех точках, оснащенных миллионами датчиков. В каждой из них проводятся свои эксперименты.

Часть собранной информации хранится в Женеве, а 80% данных распределены по ЦОД, подключенным к всемирной распределенной сети коллайдера Worldwide LHC Computing Grid.

Недавно в CERN приступили к реализации нового этапа программы компьютеризации, затрагивающей важнейшие темы научных исследований CERN. Сюда относятся организация вычислений в облаке, бизнес-анализ, внедрение нового поколения оборудования и обеспечение безопасности множества сетевых устройств. В течение трех лет предполагается инвестировать более 8 млн швейцарских франков (8,4 млн долл.).

Ученые планируют увеличить энергию и спектральную световую эффективность коллайдера. Тем самым вырастут шансы на обнаружение более экзотических частиц.

Дополнительные инвестиции в компьютерные технологии нужны потому, что в ходе экспериментов, проводившихся на Большом адронном коллайдере в 2011 году, объемы данных увеличивались темпами, которые превышали самые смелые прогнозы. Обработка собранной информации осуществляется при поддержке компаний HP, Siemens, Intel и Oracle.

Европейский парламент пересмотрел правила ЕС по экспорту так называемых технологий двойного назначения — разработок, могущих иметь как гражданские, так и военные применения. Отныне технологии, способные нарушать права человека, будут облагаться экспортными ограничениями.

До сих пор экспорт подобных продуктов не подлежал контролю со стороны какой-либо общеевропейской властной структуры: решение об экспорте принималось на уровне индивидуальных стран — участниц Евросоюза.

По словам Йорга Лейхтфилда, резолюция Европарламента касается технологий и цифровых устройств, предназначенных для прослушивания мобильных телефонов, перехвата SMS и слежки за использованием Интернета. Фото: spe.at

Теперь же законодательная резолюция, выдвинутая австрийским парламентарием Йоргом Лейхтфридом, отменяет общеевропейское разрешение на экспорт телекоммуникационных технологий, которые могут быть использованы для нарушения прав человека, демократических принципов или свободы слова. Как объясняют представители Европарламента, данная ревизия касается «технологий и цифровых устройств, предназначенных для прослушивания мобильных телефонов, перехвата SMS и слежки за использованием Интернета».

Это означает, что теперь компании, желающие экспортировать технологии двойного назначения, должны получить на это разрешение от европейских властей. Лейхтфрид полагает, что данное ограничение является хорошей, но недостаточной мерой для укрепления контроля над экспортом таких технологий: «Можно было бы предпринять еще более серьезный шаг — ввести систему предэкспортных уведомлений, но, к сожалению, соответствующая поправка не получила большинства голосов в парламенте».

Новые правила снижают риск попадания чувствительных технологий в руки властей Китая, России, Индии и Турции, а также в страны, на которые распространяется эмбарго на поставки вооружений. Однако новые правила не допускают тотального запрета на экспорт: компании обязаны сами отчитываться о каждой экспортной сделке, разъясняет парламентарий Мариэтье Шааке.

Крупные технологические компании не создают в этом отношении проблем, полагает она. А вот небольшие предприятия, разного рода филиалы и дочерние компании условия своих экспортных сделок часто предпочитают не раскрывать. «Корпоративные интересы в данном случае не должны преобладать, — уверена Шааке. — Крупные технологические компании пообещали следить, чтобы подобные сделки не совершались».

Как и Лейхтфрид, Шааке полагает, что ограничения должны стать еще более строгими: «Например, можно было бы создать публичную базу данных, в которую компании должны вносить отчеты о планируемых ими экспортных сделках».

Когда в Большом адронном коллайдере в  CERN сталкиваются частицы, миллионы датчиков регистрируют происходящее, генерируя около петабайта данных в секунду. Этот объем данных чересчур велик, чтобы хранить его даже во Всемирной grid-сети вычислений и хранения CERN, говорит руководитель отдела ИТ-коммуникаций Жан-Мишель Жуаниго. Поэтому целиком его и не сохраняют.

Большой адронный коллайдер — самый крупный в мире ускоритель частиц, которые сталкиваются в нем друг с другом на скорости 99,9999%  от световой. Данные регистрируются на четырех пунктах 27-километрового кольца коллайдера, известных как ATLAS, LHCb, CMS и ALICE. На каждом из них выполняются свои эксперименты и каждый содержит собственную систему сбора данных, состоящую из миллионов датчиков.

В CERN очень гордятся тем, что их вычислительная система работает, как швейцарские часы. Фото: CERN

Как объясняет Жуаниго, невозможно сохранить все генерируемые данные, но в полном объеме они и не нужны для экспериментов, поэтому CERN попросту удаляет большую их часть.

Каждая из четырех систем сбора данных оснащена отдельной серверной фермой для фильтрации событий, отбирающей необходимые данные из всей массы. «Задача при этом — постараться не пропустить что-то интересное», — отмечает Жуаниго. То, что остается, отправляется в головной компьютерный центр по волоконно-оптической сети.

Объемы отфильтрованных данных, порождаемых разными экспериментами, различаются. Самый трафикоемкий -- ATLAS, он генерирует 320 Мбайт/с. За ним следуют CMS  (220 Мбайт/с), ALICE  (100 Мбайт/c) и LHCb (50 Мбайт/с). Эти объемы данных вырабатываются, когда коллайдер сталкивает друг с другом протоны, но, по словам Жуаниго, у ускорителя есть еще один режим работы, когда сталкиваются ионы свинца, гораздо более тяжелые частицы. В этом режиме всеми четырьмя экспериментами генерируется больше данных — примерно 1,25 Гбайт/с в общей сложности.

После фильтрации CERN остается сохранить до 25 Пбайт в год. Большая часть этого объема записывается на ленту в целях экономии энергии: по утверждению Жуаниго, годовой счет научного комплекса за электричество «уступает по величине разве что суммарной зарплате персонала».

Емкость ленточной библиотеки центра обработки данных CERN — 34 Пбайт. Она состоит из 160 накопителей и 45 тыс. картриджей. Жуаниго пользуется ленточными накопителями производства IBM и Oracle/StorageTek, так как, по его сведениям, эти компании выпускают самые вместительные накопители на рынке. Чтобы приобретать системы смены картриджей по выгодной цене, Жуаниго устраивает между IBM и StorageTek конкурсы.

Данные в CERN также хранятся на жестких дисках: общая емкость систем хранения компьютерного центра научного комплекса — 45,4 Пбайт, количество накопителей в нем — 53 728.

Чтобы анализировать весь этот объем, понадобилась бы вычислительная мощность, эквивалентная примерно 100 тыс. самых быстрых процессоров для ПК, но компьютерный центр CERN может обеспечить лишь 20% требуемых ресурсов.

Поэтому остальные данные распределяются между компьютерными центрами по всему миру посредством Всемирной вычислительной grid-сети Большого адронного коллайдера. Частично данные передаются по собственной волоконно-оптической сети CERN, а частично — по арендуемым оптическим каналам в Европе, США и Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Вычислительная сеть CERN делится на несколько уровней (Tiers). Нулевой уровень  -- это Компьютерный центр CERN, который выполняет роль головного концентратора всех данных. Из него информация перемещается на уровень 1 — кольцо, состоящее из 11 центров обработки данных: два  находятся в США; по одному во Франции, Италии, Голландии, Германии, Испании, Великобритании, Канаде и на Тайване; один распределенный ЦОД в Скандинавских странах. Эти центры обрабатывают, анализируют и хранят «сырые» данные, готовя их для уровня 2, который состоит из примерно 160 центров, используемых учеными для доступа к информации и ее обработки.

 Grid-сеть CERN состоит из множества ЦОД по всему миру, но для пользователя она выглядит как единая система. Добиться этого удается благодаря связующему программному обеспечению, которое объединяет оборудование всех центров в grid и представляет его в виде единого гигантского виртуального ресурса.

Все связующее ПО имеет открытый код, основу которого составляет проект инструментария построения grid-сетей Globus Toolkit. В ЦОД в Европе и Азии используется вариант G.Lite, а в Скандинавских странах применяется программная система ARC. Сегодня grid-сеть CERN способна ежедневно выполнять от 500 тыс. до 1 млн задач, но этот показатель будет неуклонно расти по мере появления в сети новых вычислительных ресурсов и технологий.

Система обработки данных Большого адронного коллайдера бесперебойно работала с самого начала, в отличие от самого коллайдера, в котором после первого запуска вышла из строя большая секция ускорителя из-за некачественного сварочного шва в гелиевой системе охлаждения.

«Мы строго следуем нашим планам и очень гордимся тем, что вычислительная система CERN работает, как швейцарские часы», — заявляет Жуаниго.