CERN, LHC 운전 종료하고 Long Shutdown 3 돌입

 (home.cern)
1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 세계 최강 입자 가속기 LHC가 마지막 물리 운전을 마치며, CERN은 High-Luminosity LHC 준비를 위한 Long Shutdown 3(LS3) 에 들어감
  • 2008년 첫 빔 순환 이후 Runs 1–3에서 축적한 데이터는 2012년 힉스 보손 발견과 85개 이상의 하드론 발견 등 주요 성과로 이어짐
  • 2030년 가동 예정인 HiLumi LHC는 광도를 기존 설계 대비 최대 10배로 높여 힉스 보손 정밀 연구와 표준모형 너머 탐색을 강화함
  • LS3 동안 수천 명의 전문가가 LHC, 주입기, 실험 장치를 HiLumi 버전으로 전환하며, LHC에서만 1.2km의 자석과 부품을 제거·교체함
  • ATLAS와 CMS는 훨씬 더 많은 충돌과 초당 50억 회 이상의 상호작용을 처리해야 해, 트리거와 검출기 기술을 대폭 바꿔야 함

LHC 운전 종료와 LS3 전환

  • LHC는 최종 물리 운전 이후 꺼졌고, CERN은 Long Shutdown 3(LS3) 를 시작함
  • LS3는 유지보수, 보강, 업그레이드, 설치 작업을 묶은 대규모 프로그램으로, 연구소를 High-Luminosity LHC 단계에 맞게 준비함
  • LHC는 2008년 9월 첫 빔을 순환시켰고, 2009년 첫 양성자 충돌을 제공함
  • 세 번의 운전 기간인 Runs 1–3 동안 실험 장치들에 전례 없는 양의 데이터를 제공함

LHC가 남긴 과학·기술 성과

  • 가장 잘 알려진 성과는 2012년 7월 4일 ATLAS와 CMS Collaborations가 발표한 힉스 보손 발견임
    • 이 발견은 거의 반세기 전에 제안된 메커니즘을 확인함
  • LHC는 힉스 보손 이후에도 여러 분야에서 진전을 만듦
    • 85개 이상의 하드론 발견
    • 새로운 입자 발견에 대한 배제 한계 설정
    • 물질과 반물질의 불균형 탐색
    • quark–gluon plasma의 성질 연구
    • 천체물리학에 중요한 함의를 갖는 측정
  • 과학 성과 외에도 가속기 과학, 초전도 기술, 컴퓨팅, 국제 협력의 발전을 이끎

HiLumi LHC의 목표와 일정

  • HiLumi LHC는 2030년 운전 시작이 예정돼 있음
  • 충돌기의 광도를 기존 설계 대비 최대 10배까지 높일 계획임
  • 더 큰 데이터셋을 수집해 힉스 보손을 더 정밀하게 연구할 수 있음
  • 표준모형 너머의 현상을 발견할 가능성도 커짐
  • CERN은 기존 LHC 운전 단계를 마무리하고, HiLumi LHC를 향한 전환점에 들어섬

LS3의 공학 작업 범위

  • LS3는 LHC 건설 이후 CERN 가속기 복합체에서 가장 광범위한 개입임
  • 2030년까지 CERN과 전 세계 파트너 기관의 수천 명의 전문가가 참여함
  • 작업 대상은 LHC, 주입기, 실험 장치이며, 이들을 HiLumi 버전으로 전환함
  • 전체 가속기 복합체와 실험 시설에서도 필수 보수 프로젝트가 진행됨
    • SPS North Area 보강
    • CNGS target area 해체
    • ECN3를 고강도 fixed-target 시설로 전환
    • ISOLDE 시설 개보수
    • 인력 안전 시스템, 전력망, 기술 갤러리 보강
  • LHC에서는 1.2km의 자석과 부품이 제거되고 새 장비로 교체됨

ATLAS와 CMS 업그레이드

  • LHC 동굴의 ATLAS와 CMS 실험은 대규모 업그레이드를 거쳐 사실상 새 검출기로 바뀜
  • HiLumi LHC의 성능을 활용하려면 매 bunch crossing마다 140~200회 양성자-양성자 충돌을 처리해야 함
    • 마지막 LHC 운전 기간에는 약 60회 수준이었음
  • 두 실험은 초당 50억 회 이상의 상호작용 중에서 분석할 가치가 높은 충돌을 식별하고 선택해야 함
  • 이를 위해 ATLAS와 CMS는 추가 분석 대상 이벤트를 고르는 트리거 시스템을 완전히 교체함
  • 새 검출기 기술도 함께 도입됨
    • 현재 검출기보다 훨씬 많은 수십억 개 readout channel을 갖춘 all-silicon tracking system
    • 수십 피코초 해상도의 고정밀 timing detector
    • megahertz 속도로 동작 가능한 새 calorimeter system

빔 없는 기간의 연구와 재가동

  • LS3 기간에는 입자 빔이 순환하지 않음
  • 수천 명의 연구자는 LHC 시대에 축적된 방대한 데이터셋을 계속 분석하고 새 물리 결과를 추출함
  • 동시에 앞으로의 실험 과제에 대비해 장치를 준비함
  • 가속기 복합체는 2028년부터 점진적으로 재가동될 예정임
  • HiLumi LHC는 LHC의 유산을 바탕으로 고에너지 물리학의 새 단계를 열고, 우주와 근본 과학 문제를 더 깊이 탐구할 기회를 제공함

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 이전 장기 정지 기간의 CERN Open Days에 방문했는데, 방문객이 LHC 안으로 들어갈 수 있는 드문 기회였음
    빔라인을 따라 약 500m 걸었고, 보호 장치가 그렇게 많은데도 빔 자체는 놀랄 만큼 작았음
    LHCb 내부에 서 있던 순간은 과학과 기술에 대해 가장 경외감을 느낀 순간 중 하나였고, 사진으로는 전혀 전달되지 않음
    지하의 다층 건물 전체가 케이블과 센서로 뒤덮여 있으며, 인류가 만든 가장 큰 기계 안에 직접 서 있는 경험은 말로 표현하기 어려움
    들어간 사고와 계획의 양이 엄청나고, CERN 직원들도 매우 친절하게 설명해 줌
    방문할 수 있다면 특히 가이드 투어와 연례 Open Days에 맞춰 가보는 걸 추천함

    • 예전 LHCb 물리학자로서 수년간 그 공동에서 보셨던 케이블들을 고쳤음 :)
      내부에서 보면 비전공자가 상상하는 것처럼 이상적이지만은 않음
      학계의 흔한 권력 구조가 있고, 박사과정생과 포닥이 독립 연구 대신 서비스·기술 작업에 동원되며, 연구자는 실제 연구보다 상징적 역할과 정치적 요소를 더 신경 써야 할 때가 많음
      PhD→Postdoc→Tenure→Professor 경력 모델이 진짜 전문성을 만들기 위한 것인지, 아니면 그 반대인지 의문이 들었음
      현대 입자물리 연구가 서로 거의 같은 논문을 생산하고, 영구직을 얻기 위해 h-index를 늘리는 것 외에는 과학적 영향이 약하다는 데 큰 좌절감을 느꼈음
      지금은 IT 업계에 있고 훨씬 낫지만, CERN에서 연구했던 일은 결국 훌륭하고 배울 점이 많은 경험이었음
    • 사진으로는 전달되지 않는 또 하나는 지하에서 들리는 계속되는 딱딱거리는 소리였음
      투어 가이드 말로는 뛰어난 사람들이 조사했는데도 근본 원인을 모른다고 했고, 아쉽게도 이 주제에 대한 온라인 자료는 찾지 못했음
    • 카나리아 제도 라팔마의 Gran Telescopio Canarias를 방문했을 때 비슷한 감정을 느꼈음
      10.4m 망원경이 너무 커서 전체를 사진에 담기 어렵고, 그런 경외감을 직접 느끼는 경험이 좋았음
    • 고등학생 때 물리 수업으로 Superconducting Super Collider 캠퍼스를 견학했음
      실제로 완성되어 과학을 한 장치 옆에 서는 것과는 비교할 수 없었지만, 여러 계측기와 자석이 붙은 빔 튜브 구간이 전시되어 있었고 여름 인턴도 있었음
      지원하기 전에 의회가 예산을 끊었고, 그때 과학에서 정치가 어떻게 작동하는지 처음 깨달으면서 어린아이 같은 작동 방식의 상상이 깨졌음
    • 2002년에 CERN을 방문했을 때 이미 LHC 건설이 진행 중이었고, 초기 검출기 중 하나의 공사 현장도 둘러봤음
      정말 거대한 장치였고, 당시에는 수 분의 1초 안에 테라바이트 데이터를 수집하도록 설계된 다중 패스 데이터 수집 시스템과 검출기 데이터센터가 매우 인상적이었음
      유럽 인터넷 백본 중 하나가 있는 중앙 데이터센터와 데이터 사일로도 대단했음
      그 시절 기준으로는 계산 능력과 저장 용량이 상상하기 어려울 정도였지만, 지금은 데이터와 계산 밀도가 크게 올라 같은 숫자가 덜 인상적으로 보일 듯함

  • Superconducting Super Collider 취소가 과학 전체에 순이익이었는지 손해였는지 궁금함
    완성됐다면 2030년 업그레이드된 LHC보다도 거의 3배 높은 빔 에너지였을 것임(20TeV 대 7TeV)
    하지만 핵심 질문은 과학이 아니라 정치였음
    SSC 운영과 예산이 2001년, 2008년, 2020년의 미국 경제 위기 속에서도 유지됐을까?
    SSC가 먼저 힉스 보손을 발견해 LHC가 취소·지연·예산 부족에 시달리다가, 2008년 대침체나 미국 정부 긴축 때 SSC마저 닫히는 시간선도 상상 가능함
    그러면 오늘날 SSC도 LHC도 없었을 수 있음
    반대로 SSC가 다른 발견을 10~15년 앞당겼을 수도 있음
    SSC 가동 예정은 1990년대 후반이었고, LHC의 힉스 발견은 2012년이었음

    • 들은 바로는 SSC가 더 높은 출력은 가졌겠지만, LHC보다 휘도(luminosity) 가 훨씬 낮아 잡음이 훨씬 많았을 것이라고 함
    • SSC 취소가 힉스를 찾는 데 필요한 수준을 넘어선 에너지를 낭비하는 악몽을 피하게 했을 수도 있음
      그리고 과학 전체로 보면 자원이 기초 입자물리학에서 다른 곳으로 옮겨간 것이 이득이었을 수도 있음

  • 제목이 좀 과장된 느낌임
    LHC에 작별을 고하는 게 아니라, 출력 10배 업그레이드를 하는 것임

    • 업그레이드 규모가 워낙 커서 이후에는 HL-LHC라고 불리기 때문일 가능성이 있음
    • 충돌당 에너지는 거의 그대로이고, 데이터를 10배 더 수집하는 것임
    • 나도 같은 반응이었음
      “LHC를 포기한다고? 왜 그런 큰 뉴스를 못 들었지?” 싶었는데, 알고 보니 제목이 완전히 오해를 부르는 식이었음
    • 일주일쯤 전에 인터넷을 돌아다니다가 “CERN이 너무 충격적인 것을 발견해서 즉시 폐쇄해야 했다”는 식의 제목이 달린 음모론 페이지 링크가 있는 글을 보고 웃었음
      그 글은 신이나 외계인 같은 우주의 진실을 발견했고, 너무 겁을 먹어서 과학을 그만두고 필연적으로 드러날 “진실”에 대비한다는 식이었음
      신뢰받는 정보원이 이렇게 명백히 거짓인 헛소리로 가득하니 사회가 근본적으로 어리석어지는 것도 놀랍지 않음
      LHC가 다시 가동되어 작은 입자들을 고리 안에서 우주적 철거 더비처럼 돌리며 현실의 가장 작은 조각들을 찾아내고, 거기에 기발한 이름을 붙이는 날이 기다려짐
    • 출력이 아니라 휘도임

  • 작년 7월에 CERN을 방문했고 운 좋게 그룹 투어에 들어갔음
    투어 가이드는 포닥 연구자였는데, 일반 투어에서 엘리베이터를 타고 내려갈 수 있는 때는 장기 정지 기간뿐이라고 했음
    그래서 LHC 작업이 진행되는 지금이 투어를 가기에 가장 좋은 시기일 수 있고, 나도 다시 가볼까 함
    내려가지 못하더라도 투어는 훌륭했음
    70년의 역사, 초기 입자 가속기 장비, ATLAS 관제실 전망을 볼 수 있었고, 시설은 경외감을 주며 공공의 이익을 위한 과학 연구에 유럽이 장기적으로 헌신한다는 증거처럼 보였음

  • 학부생 때 첫 번째 장기 정지 기간에 ATLAS insertable B layer 연구의 아주 작은 부분에 기여했음
    3년 동안 모든 검출기가 크게 업그레이드될 수 있었고, 이번 정지 기간에 현재 시스템이 어떻게 업그레이드될지 흥미로움
    ATLAS의 ITK는 insertable B layer와 비교하면 완전히 미친 수준처럼 들림
    채널 수가 800만 개에서 50억 개로 늘어남
    ITKpix가 우리가 다뤘던 T3MAPs CMOS나 FEI4 센서와 조금이라도 비슷한지 궁금했는데, 찾아보니 꽤 다르고 정말 멋짐: https://cds.cern.ch/record/2928802/files/ATL-ITK-PROC-2025-0...

  • 요즘 CERN이 충돌 데이터 1엑사바이트 이상을 저장하고 있다고 읽었음
    지난 장기 정지 때의 600PB에서 늘어난 수치임: https://information-technology.web.cern.ch/sites/default/fil...
    꽤 대단함

    • 그것도 전부 ZFS를 사용함

  • 공식 문서에 가끔 통과되던 오타가 아직도 웃김
    https://www.google.com/search?q=site%3Acern.ch+%22large+hard...

  • 2000년대 초 ATLAS TDAQ/HLT에 조금 기여했던 입장에서 다음 단계가 구체화되는 걸 보니 묘한 기분이 듦

  • 특별한 방문을 해보고 싶은 사람에게는 지금이 좋은 타이밍임
    장기 정지 기간은 평소 접근할 수 없는 많은 장소를 방문할 수 있는 유일한 때임
    아직 공식 확정은 아니지만 내년 여름 이후 2019년처럼 Open Days가 있을 것으로 보임
    기간은 짧지만 며칠 동안은 LHC 터널로 내려가는 것을 포함해 거의 모든 곳에 접근 가능하고, 그 밖에도 말도 안 되게 흥미로운 장소가 많음
    그동안에도 상설 전시와 가이드 투어는 계속 있으니 관심 있으면 와서 멋진 과학을 구경하면 됨
    여러분 세금으로 만들어진 과학임

답변달기