ניסוי ATLAS

ניסוי ATLAS (ראשי תיבות של A Toroidal LHC ApparatuS) הוא אחד משבעת גלאי החלקיקים (ALICE, CMS, ATLAS, TOTEM, LHCb, LHCf ו-MoEDAL) במאיץ ההדרונים הגדול – LHC במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים CERN שעל גבול צרפת-שווייץ.
הניסוי הוקם במטרה לשפוך אור על תאוריות חדשות בנוגע לתורת החלקיקים מעבר למודל הסטנדרטי. בתוך גלאי ה-ATLAS נפגשות שתי אלומות פרוטונים המגיעות מכיוונים מנוגדים ומתנגשות זו בזו. כתוצאה מההתנגשות נפלטים חלקיקים מוכרים שונים שבאמצעותם ניתן להבחין ולזהות חלקיקים חדשים שטרם נראו.
גלאי ה-ATLAS מעוצב בצורה גלילית באורך של 46 מטרים, בקוטר של 25 מטרים ושוקל כ-7,000 טון. בתוך הגלאי שרועים כבלים באורך כולל של 3,000 קילומטרים והושקעו בבנייתו כ-550 מיליון פרנקים שווצריים. בניסוי משתתפים כ- 3,000 מדענים (מתוכם 1,000 סטודנטים בוגרים) מ-38 מדינות שונות ומ-174 אוניברסיטאות ומעבדות ברחבי העולם.
ניסוי ה-ATLAS הוא אחד משני גלאים במאיץ LHC שהיו מעורבים בגילוי בוזון היגס בשנת 2012.

מערכות מידע וניתוחו

במאיץ ישנן 40 מיליון התנגשויות בשנייה, מידע בסדר גודל שאין אפשרות לשמר אותו ולנתח אותו בזמן קצר. לכן נדרש גם אלגוריתם שיזהה התנגשות יוצאת דופן וגם כוח חישוב לכל המידע הזה. לכן, במקום לרכוש מחשבי–על לניתוח הנתונים, הפתרון שאומץ היה איגום מחשבים רגילים וחלוקת המטלה ביניהם. אולם לעיבוד כמות כזו של מידע דרושים כמיליון מחשבי PC. מימון והתקנה של מערך כזה, כולל הספקת חשמל, קירור ותחזוקה, הם משימה שהיא מעבר ליכולתו של מוסד המחקר הגדול בעולם. לפיכך הוחלט לפזר את המחשבים בכ–200 מוסדות המשתתפים בניסוי. במרכז המערכת ב–CERN עוברים הנתונים עיבוד ראשוני, ומשם נשלחים לכעשרה מוסדות גדולים, המאחסנים את הנתונים ומרכזים את עבודתן של כ–200 חוות מחשבים המוצבות במוסדות השונים ברחבי העולם ומספקות את עיקר כוח החישוב. כל מוסד מספק חווה ובה כמה אלפי מחשבים ומערכת מקומית לאחסון נתונים, והמערכת כולה מכונה Grid - רשת. 
מדען הרוצה לעבד נתונים שולח "בקשה". תכנה מיוחדת ומורכבת המפעילה את הרשת הענקית מחלקת את עבודת החישוב שב"בקשה" בין מאות חוות מחשבים ברחבי העולם. עם סיום החישובים אוספת התוכנה את כל חלקי החישוב, מחברת אותם ושולחת את התוצאה הסופית למדען שביקש אותה. באופן זה מדען המשתתף בניתוח נתוני הניסוי מפעיל אלפי מחשבים במקומות שונים בעולם, בלי שיהיה טרוד בניהול מבצע מורכב שכזה. המערכת הזו היא שאפשרה לנתח את נתוני הניסוי ולבשר על גילוי ה"היגס" תוך שימוש בנתונים שנאספו ימים ספורים בלבד לפני ההודעה על הגילוי שלו.

תרומה ישראלית

ישראל, שחלקה הוא מעט יותר מאחוז אחד במיזם ATLAS, התבקשה לתרום גם בתחום המחשובי. הקמת חוות מחשבים שכזו דורשת השקעת כסף רב וכוח אדם, אך בה בעת מזמנת טכנולוגיה חדשה זו למדענים מתחומים אחרים. לפיכך הוחלט לבזר את החווה הישראלית ולהציבה בחלקים במוסדות אקדמיים שונים: בטכניון, במכון ויצמן למדע ובאוניברסיטת תל–אביב. הוקמו צוותים לניהול המערכת ולתפעולה, והוקמה קבוצת משתמשים המונה כ–50 מדענים וסטודנטים. המערכת הישראלית פועלת היטב, וביצועיה גבוהים בכ–%50 מהצפוי, אף שתקשורת המחשבים מישראל לאירופה אטית בהרבה מהמקובל כעת בעולם. הידע והמיומנות שנצברו וזמינותם של משאבים אפשרו כאמור למדענים ישראליים נוספים - פיזיקאים, ביולוגים ואחרים - להצטרף לחוות המקומיות ולסיפור ההצלחה של הרשת.
מאחר שבטכנולוגיה המודרנית ביותר לא ניתן למדוד ולרשום את התוצאות של יותר מכמאה התנגשויות בשנייה, על הגלאי ”ATLAS” להחליט אילו התנגשויות לרשום ואילו לא. על ההחלטה להתקבל בשבריר קטן של שנייה. כדי להחליט יש לדעת מה אירע בהתנגשות: אילו חלקיקים נוצרו ומה הייתה מהירותם. על המידע להתקבל במהירות, והדרך היחידה לעשות זאת היא באמצעות גלאי מהיר כברק. גלאים מהירים כאלה פותחו בשנות ה-80 במכון ויצמן למדע ושימשו את שלוש הקבוצות הישראליות בניסוי קודם. לצורכי ”ATLAS” היה על הצוות הישראלי לשנות ולהאיץ את פעולת הגלאים - שינוי שאינו דבר של מה בכך. גודלו של הניסוי חייב את הצוות הישראלי לבנות גלאי ענק ששטחם הכולל כשטחם של שני מגרשי כדורגל. לשם כך נבנו כ–3,600 גלאים ששטחם כשני מ”ר כל אחד. כדי לאפשר את בניית כל הגלאים בפרק זמן קצר הוקמו, מלבד המעבדות במכון ויצמן למדע, מעבדות ביפן ובסין המבוססות על ידע ישראלי, ובהן התבצעה בניית הגלאים הישראליים (ביפן כ–%20 מהגלאים, בסין כ–%10, ורובם - כ–%70 - בישראל).

כשש שנים עמל הצוות הישראלי על פיתוח הגלאים ועל הטכנולוגיה הדרושה לבנייתם. כשש שנים נוספות עמלו צוותים במכון ויצמן למדע על בניית הגלאים, וצוותים בטכניון ובאוניברסיטת תל–אביב על בקרת האיכות של הגלאים. ההיסטוריה של כל גלאי ותכונותיו, כפי שנחשפו בבקרת האיכות, נרשמו במסד נתונים שהכין הצוות של אוניברסיטת תל–אביב. מאחר שגלאי החלקיקים הללו מיועדים לעבוד במקום שבו הקרינה הרדיואקטיבית עזה, פיתח הצוות של הטכניון מערכת בקרה מרחוק המסוגלת לשנות את תנאי העבודה של הגלאים על פי הצרכים המשתנים. לתעשייה הישראלית חלק ניכר בתהליך העבודה: מפעלים בכל רחבי הארץ הכינו רכיבים שונים לגלאים, למסגרת האלומיניום התומכת אותם במקומם הסופי בניסוי ולמערכות האלקטרוניקה המפעילות את הגלאים וקוראות את תגובותיהם. משהושלמו בניית הגלאים ובדיקתם, הועברו היחידות לז'נבה שבשווייץ, ובמהלך השנתיים שקדמו להפעלת המאיץ הותקנו במקומן בתוך המערך הענקי של גלאים שונים שהגיעו מכל רחבי העולם.

משלחות החוקרים בניסוי

ה-ATLAS הוא מעבדה וירטואלית בה משתתפות 38 מדינות. הפיזיקאים המשתתפים בניסוי מגיעים מיותר מ-177 אוניברסיטאות ומעבדות ברחבי העולם וכוללים כ-1,000 סטודנטים. ניסוי ה-ATLAS הוא אחד המאמצים השיתופיים הגדולים שהתקיימו אי פעם במדעי הפיזיקה.
המדינות החברות בניסוי ה-ATLAS הן:
ארגנטינה, ארמניה, אוסטרליה, אזרבייג'ן, בלארוס, ברזיל, קנדה, צ'ילה, סין, קולומביה, הרפובליקה הצ'כית, דנמרק, צרפת, גאורגיה, גרמניה, יוון, ישראל, איטליה, יפן, מרוקו, הולנד, נורווגיה, פולין, פורטוגל, רומניה, רוסיה, סרביה, סלובקיה, סלובניה, דרום אפריקה, ספרד, שווייץ, שוודיה, טאיוואן, טורקיה, אנגליה, וארצות הברית.