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在访问超环面仪器实验期间，我所听过的许多有趣的故事中有一个是关于最初施工人员是如何将磁铁降到地面下的。他们从一个（侧面看上去为）椭圆形的结构出发。工程师在安装磁铁之前将重力因素分离出来，所以他们能正确地计算出磁铁自身的重量，在一段时间以后，这些磁铁构型会变成圆形。
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另一个给我留下了深刻印象的故事，是关于超环面仪器的工程师如何考虑以下问题：由于开凿工程会导致洞穴内静水压力发生变化，从而会导致洞顶每年会稍微上升1毫米。他们重新设计实验，使得这样一个微小的变动刚好可以在2010年将仪器摆到最优位置（最初的计划是2010年开始首次最大限度的运行）。由于大型强子对撞机的延期，结果并不是那样。但是到目前为止，实验的地基已经安置在一个停止移动的地点上，所以在整个运作中它都会保持在正确的位置上。尽管美国职业棒球大联盟前教练尤吉·贝拉（Yogi Berra）的训诫是“作出预测是困难的，尤其是关于未来的预测”，超环面仪器的工程师却做到了。
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庞大的计算能力
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一个缺少了描述大型强子对撞机的庞大计算能力的介绍是不完全的。除了前面考虑的追踪器、量能器、μ子系统和磁铁中的卓越硬件之外，世界范围内的协同计算对于处理众多对撞产生的海量数据也至关重要。不仅大型强子对撞机比此前能量最高的对撞机Tevatron的能量高出7倍，而且它的速度也快50倍。大型强子对撞机需要处理极其高分辨率的图片——记录发生速率为每秒10亿次的对撞事件。每个事件的“图片”包含1MB的数据。
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这一数据对于任何计算系统来说都太巨大。所以触发系统要决定哪些数据需要保留，哪些需要丢弃。到目前为止，最频繁的对撞是在普通质子之间通过强相互作用发生的作用。没人关心这些绝大多数的对撞，因为它们代表了已知的物理过程但没有新物质。
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质子对撞与两个装满豆子的袋子的碰撞，在某些方面有相似之处。因为袋子是软的，大部分时间它们皱缩而疲软，在碰撞中不会产生有趣的现象。但当袋子偶尔猛撞在一起时，单个豆子会以较大的力度互相碰撞——这种力可能大到让袋子破损。在这种情况下，发生对撞的单个豆子会快速飞出，因为单个豆子十分坚硬，其局部的能量很高。而其他没有发生对撞的豆子会沿着原路继续向前飞行。
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类似地，当粒子束中的质子彼此撞击时，其单个子单元对撞产生了有趣的事件，而其余的质子成分会继续沿着粒子束管道照着相同方向飞行。
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与豆子的碰撞不同，豆子仅仅碰撞然后改变运动方向。当质子猛撞对方时，内部成分（夸克、反夸克、胶子）互相撞击时，最初的粒子可以转变为能量或者其他类型的物质。在低能时，对撞只涉及三个带有质子电荷的夸克；而在高能时，量子力学的虚拟效果产生了可观数目的胶子与反夸克，正如我们在第6章所看到的。有趣的对撞来自这些质子中亚组分之间的碰撞。
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当质子能量很高，它内部的夸克、反夸克、胶子的能量也相应会很高。然而它们的能量不是质子的全部能量，只是其中一部分。更多的情况是，夸克与胶子以质子的少部分能量发生碰撞，以至于不能产生比较重的粒子。正是由于这些较低的相互作用强度或者较重新粒子的可能性，使得迄今未见的粒子或者相互作用产生的概率比预料之中的标准模型碰撞的概率低了很多。
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正如装满了豆子的袋子的碰撞一样，大部分粒子束对撞也是无趣的。要么是质子彼此擦肩而过，要么对撞产生了我们所知道的标准模型的事件。另一方面预测告诉我们，大型强子对撞机产生新粒子（如希格斯玻色子）的概率大约为十亿分之一。
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结果是，不仅在很短而且很需要运气的一段时间之内才能产生好成果。这也是为什么我们一开始就需要那么多的对撞，但绝大多数没有发现新物质。极少事件是非常特殊且带有信息量的。
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触发系统中的软件与硬件的设计使其可以确认有潜力的有趣事件并将它们搜寻出来。要理解这项极其艰巨的任务（假设你考虑了各种不同的反应道），假设你有一台15000万像素（每束交叉信息量一样）的相机，每秒可以拍摄4000万张照片。每束交叉有20～25个事件发生，这相当于每秒10亿物理事件。触发系统就相当于负责从其中选出一些有趣照片的装置。你还可以把触发系统想象成垃圾邮件过滤器。这项工作是要确定只有有趣的数据才能进入实验物理学家的计算机。
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触发系统需要确定潜在的有趣对撞，并将没有新东西的数据抛弃。这些事件本身（离开相互作用点并被探测器记录下来的）必须足以能从标准模型的普通过程中区分出来。识别出特殊事件的方法即筛选出需要保留下来事件的方法，这使得能辨认出新事件的概率更低。触发系统有一个强大的任务，它们负责从每秒十亿事件中筛选出几百个可能是有趣的事件。
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硬件与软件相结合的“大门”完成了这项使命。每一个连续触发级别会拒绝它收到的没有新东西的大部分事件，剩下一些容易处理得多的数据。这些数据接下来会被全球160个研究机构的计算机系统分析。
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第一级触发系统修建于探测器中，是基于硬件的系统，在鉴定不同的性质时起到一个总通行证的作用。例如选择包含高能μ子或者量能器中大的横向能量沉积事件。在等待第一级触发系统出结果的几微秒中，来自各个束交叉的数据被储存在缓冲区内。更高级的触发系统是基于软件的。筛选算法运行在探测器旁边一个大型计算机群上。第一级触发系统将每秒10亿事件减少到每秒10万事件，然后软件触发系统再进一步将此比率减少到千分之一，即几百事件。
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每个通过触发系统的事件都携带巨大的信息量（此前我们讨论的从探测元件读取的），并超过1MB。每秒几百事件，实验物理学家需要每秒往计算机写入100MB的数据，等于1000万亿字节，也即1015 字节，相当于每年成千上万台DVD所存的信息。
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蒂姆·伯纳斯-李首先开发出万维网来处理欧洲核子研究中心的数据，并让全世界的实验物理学家可以实时共享计算机的数据。大型强子对撞机计算机网格是欧洲核子研究中心的另一个主要计算优势。网格是在2008年年底（在广泛的软件开发之后）开始进行计算的，以帮助处理实验物理学家要处理的海量数据。欧洲核子研究中心的网格使用私用光缆以及高速部分的公用网络。它名字的由来是因为数据不是仅仅与单一的位置相关联，而是分布在全世界的计算机中——就像都市的电力不是只与哪家特别的电厂相关一样。
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一旦触发系统审核通过的事件被存储起来，它们就通过网格遍布全球。在网格的帮助下，世界范围内的计算机网络都准备好接收冗余存储的数据。当网络共享信息时，网格却在众多参与项目的计算机中共享计算能力和数据存储。
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在网格的帮助下，分层的计算中心会分别处理数据。第0层是欧洲核子研究中心的中心设备，数据被记录下来并从其原始形式预处理到一个更适于物理分析的形式。高带宽连接将数据送达12个大型国家级计算中心，组成第1层计算中心。分析组可以访问这些数据，假如他们选择这样做的话。光缆会连接第1层与50个左右的设在大学里的第2层分析中心。第2层有足够的计算能力来模拟物理过程，并进行具体的分析。最后，全球任何一所大学的群组都可以做第3层分析，绝大多数具体物理数据最终在此被提取出来。
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此时，各地的实验物理学家可以通盘考虑他们的数据以找出高能质子对撞可以揭示的东西。这些可能是令人欣喜的新结果。但是为了确定能否出现这些情况，实验物理学家的首要任务是推断出已经存在的东西究竟是什么。我们将在接下来的一章继续探讨这些内容。
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950069]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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