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Ich auf Achse #4

Zunächst mal entschuldige ich mich für die lange Pause, irgendwann war auch meine Zeit im CERN vorbei und dann ging es erstmal in Richtung Festival (kein Internet), Konstanz (Internet umständlich) und wieder nach Hause (jede Menge Krams nachholen), so dass ich nicht zum Schreiben kam. Aber dazu komm ich dann später noch einmal.

fiktives Schwarzes Loch CERN also, dieses komische Dingen in Genf, an dem die Forscher wahlweise Antimateriebomben, den Urknall oder schwarze Löcher produzieren oder gleich die ganze Welt untergehen lassen wollen. Alles Humbug, sagen die Forscher, Antimaterie wird zwar produziert, aber nur in winzigen Mengen. ‘Nen großen Knall produzieren sie auch, aber damit wollen sie eher den Urknall besser verstehen denn selber einen machen. Große schwarze Löcher entstehen durch Kollapse riesiger Sterne, nicht durch Kollisionen von einer Handvoll Protonen – und die kleinen Löcher haben so eine kurze Lebensdauer, dass sie weg sind, bevor man sie sieht. Warum die Welt jetzt nicht untergehen soll hab ich wieder vergessen, ist aber auch nicht so wichtig.

Besuchergruppe in der Kaverne von CMS Und warum schreib ich das jetzt? Weil auch ich mich von ein paar Vorstellungen gelöst und mir die Realität angeschaut habe. Zusammen übrigens mit ein paar Leuten aus der Supersymmetrie-Vorlesung, die wegen irgendwelchen Geldern aus der Exzellenzinitiative mitfahren konnten.

links: CMS, rechts: Strahlrohr Zu Sehen und Bestaunen gab es z.B. 2,51 der 4 großen Experimente, die entlang des 27 km langen Tunnels aufgebaut sind. Im Tunnel nämlich werden die Protonen beschleunigt um dann an bestimmten Stellen zur Kollision gebracht zu werden. Damit man auch was davon hat und gucken kann, was passiert ist, baut man an diesen Stellen riesige Hallen in 100 m Tiefe und stellt gefühlt noch größere, hochkomplexe Dingense in selbige.

Blick in den (noch offenen) CMS-Detektor Dummerweise entsteht bei diesen Kollisionen ein Haufen hochenergetischer Strahlung, also noch schlimmer als radioaktive Strahlung, weil viel mehr und viel böser. Die ballert so ordentlich, dass auch die Elektronik, die in diesem Bereich untergebracht ist, speziell gebaut werden muss, damit sie keine Strahlenschäden davonträgt. Und weil das extrem teuer ist, baut man nur einen Bruchteil direkt an die Detektoren und den ganzen Rest mal hinter eine mehrere Meter dicke Betonwand in eine Nebenhalle oder an die Erdoberfläche.

Kabelleitungen vom Detektor weg Das nächste Problem sind die riesigen Datenmengen am Beispiel von CMS: Pro Kollision erwartet man etwa 20 Wechselwirkungen zwischen Protonen, die restlichen ziehen ihre Bahnen und kommen nach nur 90 µs2 wieder am Experiment vorbei und Kollidieren erneut. Nun gibt es nicht nur ein Paket im Strahl, sondern etwa 2800, so dass pro Sekunde grob gerundet 40 000 000 Kollisionen, die ihrerseits wiederum mehrere Ereignisschauer produzieren. Man erwartet Rohdaten, die im Detektor gemessen werden von ca. 300 GB/s.3

Die Auslese im Nebenraum Das alles über Kabelleitungen aus dem Detektor zu bekommen und live niederzuschreiben ist utopisch, daher gibt es drei Ebenen der Datenanalyse: Am Detektor direkt an der Hardware sitzen Trigger, die schon mal vorab entscheiden, ob die gemessenen Daten was sind oder nicht – diese Brechen die Zahl der gemessenen Ereignisse um einen Faktor 1000 auf 300 MB/s herunter, was über Kabelleitungen gut verschickt werden kann. In der zweiten Ebene übernehmen die Computer in den Nebenhallen vom Experiment eine etwas genauere Analyse und entscheiden, welche Daten interessant zum speichern sind. Diese 100 Datensätze pro Sekunde sind dann schließlich wenig genug, um es auf Festplatte/Magnetbänder schreiben zu können und in der dritten Stufe, dem internationalen Computernetzwerk bzw. Grid, detailliert auswerten zu können.

Das kleine Graue in der Mitte ... das sind Menschen Insgesamt war es eine sehr faszinierende Sache, dieses 12 500 Tonnen schwere Dingens in einer Höhle 100 m unter der Erde zu sehen (die Kaverne wurde übrigens teilweise in Grundwasser gebaut, dass mit flüssigem Stickstoff vereist werde musste, damit man gescheit buddeln und Beton gießen konnte). Noch erstaunlicher ist, wie viel Arbeit da drin steckt. Man muss sich einmal vor Augen halten, dass seit Anfang der 90er Jahre über 2300 Leute daran sitzen, welche Schraube und welche Kühlleitung wo genau verbaut wird und wie viel mm man für Platine xyz zur Verfügung hat. Wenn dann da nur einer in den Planungen Mist baut oder man feststellt, dass z.B. der Eisenpreis auf einmal doppelt so teuer geworden ist und man umplanen muss, dann wirds richtig heikel.

Aber anscheinend hat am Ende alles geklappt, CMS ist fast fertig, es werden noch letzte Feinarbeiten vorgenommen und wahrscheinlich noch während ich das hier tippe wird der Detektor endgültig zusammengefahren.

Wer noch ein wenig mehr staunen oder lernen will, dem kann ich die Video-Sammlung von CMS wärmstens ans Herz legen, viele interessante Sachen. Und die Uhr auf der Startseite des CMS-Projekts ist auch einen Blick wert.

to be continued…

Bilder aus meinem Picasa-Album, aber vorsicht, mögliche Spoiler.

Die anderen Teile:
Teil 1 | Teil 2 | Teil 3 | Teil 4

  1. 2,5 deshalb, weil ATLAS gerade, als wir es uns anschauen wollten, einen Evakuierungsalarm hatte und wir nicht runter konnten. Wir haben daher nur den Kontrollraum und den Eingang an der Oberfläche gesehen []
  2. der Strahl geht quasi mit Lichtgeschwindigkeit durch den Tunnel []
  3. Daten aus Gedächtnis und Wikipedia (LHC, Grid) []

Ich auf Achse #3

Das Ende des Strahlrohres Beep. Beep. Der Ton kommt jedes Mal, wenn ein Spill unser Experiment passiert. Ein Spill bezeichnet den kurzen Zeitraum (bei uns ca. 400 ms), in dem die Magnetweichen umgestellt sind und einige Pakete (Bunches) von Teilchen aus dem Beschleuniger ausgegeben werden. Passiert hier ca. alle 20 Sekunden. Beeper ist abschaltbar, zum Glück!

Das Experiment im Strahlbereich Nicht abschaltbar hingegen ist der Alarm, der rund um die Uhr nach 108 Minuten ertönt. Eine wachrüttelnde Sirene, die erst verstummt, wenn man die Rekalibrierung eingeleitet hat. Dazu müssen an 4 verschiedenen Stellen 8 Kabel umgesteckt werden, 15:16 Uhr aufgeschrieben werden und die 23 stellige ID der aktuellen Aufzeichnung ins Logbuch auf Seite 42 geschrieben werden.
Naja, fast. Der Alarm ertönt nach 30 Minuten seit der letzten Kalibrierung (natürlich immer noch rund um die Uhr), es muss ein Hebel zweimal umgelegt werden, ein Kabel ein und wieder ausgesteckt und am Computer eine neue Aufzeichnung gestartet werden. Und natürlich einen Eintrag ins Logbuch machen.

Eine Ladder mit daran befestigten Faserbündel Der Grund für die Kalibrierung ist das Rauschen, also ein stetiges Signal, dass sich ergibt, auch ohne das ein Ereignis da ist. Um aber rausfinden zu können, ob der Hubbel in den gemessenen Daten nun ein Teilchendurchgang war oder nur Rauschen, muss man eben dieses Rauschen kennen. Dummerweise ist die Ausleseelektronik so empfindlich, dass sich das Rauschen immer mal wieder ändert, also muss man immer mal wieder nachsehen, wie stark das Rauschen momentan ist.
(Entschuldigung für das viele Rauschen, die Verbindung ist schlecht)1

Die Kollegen bei der Auswertung der Messdaten Der Arbeitsalltag sieht dann so aus, dass wir hier sitzen, darauf warten, dass die Kalibrierung durchgeführt werden muss und Krams machen. Krams machen bedeutet bei den anderen häufig die Programme für die Auswertungen schreiben, verbessern und schließlich anzuwenden, um noch während des Experiments überprüfen zu können, ob die Messdaten den Erwartungen entsprechen oder noch etwas verbessert werden muss. Ein Beispiel für nachträgliche Korrekturen ist die Zeit zwischen Strahleingang am Anfang der Kiste bis zur Messwerteaufnahme irgendwo in der Mitte. Die Optimierung bewegte sich hier im Bereich von Nanosekunden und um zu sehen, ob es eine Verbesserung oder Verschlechterung war musste man wieder einen Tag messen.

Die Halle, in der unser Experiment (und andere) untergebracht sind Krams machen bei mir bedeutet wegen fehlender Ahnung von den Auswertungsprogrammen (sind schon viele Teile geschrieben und die Einarbeitung würde zu lange dauern) und anfangs wegen fehlender Ahnung vom Experiment (also wie es genau funktioniert) entweder Serien gucken, Spiele spielen oder im Internet unterwegs sein. Dummerweise wurde mir das Internet nach nur einem Tag wieder gesperrt.

Das mit dem Netzzugang im CERN ist nämlich so: man kommt nicht so ohne weiteres dran, man braucht erst jemanden, der hier arbeitet, der einen als Gast für eine gewisse Zeit freischaltet. Wenn man dann endlich darf, wird streng überwacht, was man macht. Dass streng überwacht werden muss ist absolut verständlich, immerhin ist hier im CERN eine unglaubliche Rechenpower versammelt, die manche Gestalten gerne für nicht wissenschaftliche Zwecke missbrauchen würden.
Eines der CERN-Hostels bei Nacht Blöd ist nur, wie es umgesetzt wurde. Zum Beispiel gilt der Zugang zum IRC-Netzwerk als unsicher und wird gefiltert. Aber anstatt ihn komplett zu sperren, wird er nur protokolliert und nach Durchsicht der Logs dem Nutzer, der auf einen IRC-Server zugreift, eine Warnung2 ausgesprochen. Wird nicht reagiert, folgt die Sperrung.
Besonders dämlich in meinem Fall, denn ich habe Freitag bis 8 Uhr morgens Nachtschicht gehabt, bin dann bis 16 Uhr schlafen gegangen und dann war Wochenende. Um kurz nach 8 kam die Warnung, um kurz nach 16 Uhr die Sperrung und um 16:30, als ich davon erfuhr, war keiner mehr da, der mich entsperren konnte – bis Montag morgen.

In der nächsten Folge dann: Besuch aus Aachen, Besuch unter der Erde und Besuch aus dem All.

Bilder aus meinem Picasa-Album, aber vorsicht, mögliche Spoiler.

Die anderen Teile:
Teil 1 | Teil 2 | Teil 3 | Teil 4

  1. Entschuldigung für das schlechte Wortspiel, es wollte aber unbedingt raus []
  2. in der Warnung steht, dass vermutet wird, dass der PC infiziert ist, nichts von falscher Nutzung … kann auch schon mal falsch verstanden werden []

Ich auf Achse #2

Der allgemeine Nerd wird mir jetzt vielleicht widersprechen, aber ich fühle mich in Gesellschaft, vor allem in solcher, die mir vertraut ist, wohler als alleine. Dementsprechend entspannter wurde die Lage, als die Kollegen im CERN auftauchten. Dennoch folgte, um diverse Dinge zu klären, eine schier endlose Odyssee von Gebäude 32 zu 33, über 52 und 55 zu 28 und zurück zu 38. Modulo ein paar Permutationen1. Nun könnte der allgemeine Leser vermuten, das sei doch gar nicht so schlimm, liegen die Gebäude ja recht nah beieinander.

Ein Flur in einem Gebäude in einem CERN Der allgemeine Nerd und im speziellen die CERN-Kenner wissen natürlich, dass die hiesigen Nerds sich nicht darum scheren, was man normalerweise unter Gebäudenummerierung versteht, sondern gefühlt willkürlich2 die Nummern zu den Gebäuden vergeben haben. Das führt dann z.B. dazu, dass 28 und 33 fast am gegenüberliegenden Ende vom Gelände sind und man zu Fuß ca. 15 Minuten unterwegs ist.

CERN ID und Dosimeter Pünktlich nach Abschluss des Verwirr-Marathons bekam ich dann auch den Zugang zum Internet freigeschaltet, so dass ich von nun mittels Handy bequem über die CERN-Website die Gebäudenummern auf einer Karte nachschauen kann. Außerdem nun in meinem “Besitz”: eine CERN-ID und ein Dosimeter bzw. film badge, dass auch aufpasst, dass mir kein Hodenkrebs wächst. Naja, es sagt mir hinterher eher, ob ich Hodenkrebs bekommen werde.

Strahlenbelastung ... egal Übrigens ein kleiner Tipp von mir am Rande: Nicht in den Strahl gucken! Schon gar nicht in den vom LHC. Der hat nämlich hinterher die Energie von einem startenden Jumbo Jet im Strahl gespeichert, verteilt auf eine Handvoll Protonen. Ein einige Qubikmeter großer Granitblock erhitzt sich bei Beschuss innerhalb kürzester Zeit auf viele hundert Grad Celsius.

Kabel A in Buchse Y, Kabel B2 mit Stecker 7E verbinden... Kommen wir zurück zu unserem Beschleuniger. Damit es nicht zu langweilig wird, will man natürlich trotzdem irgendwas in den Strahl stellen3. Aber außer streunenden Katzen haben wir erstmal nichts, auf das wir den Strahl schicken könnten, also werden zunächst die mitgebrachten Utensilien im Strahlbereich aufgebaut: eine Kiste mit einigen Glasfasern, Photomultipliern und Sensoren drin, Ausleseelektronik, NIM-Racks und jede Menge Kabeln daneben. Die Verkabelung ist übrigens gar nicht so schlimm, wie es auf den ersten Blick aussieht. Nach nur 72 Gehirnknoten hat man in etwa verstanden, was da passiert.

Das Team beim Aufbau Dieses Aufbauen, Anschließen und Ausprobieren mit anschließendem Adjustieren kostete uns etwa anderthalb Tage. Alleine 4 Stunden gingen für einen merkwürdigen Fehler drauf, bei dem schleichend immer weniger gemessen wurde und wir alles mögliche vermuteten, aber nicht, dass das auslesende Notebook überhitzte und schließlich komplett den Geist aufgegeben hat.

Ob wir es dann am Ende doch geschafft haben, unser Experiment ans Laufen zu kriegen, wieso Bettina Bert hinter Gebäude 42 verloren hat und warum die Katze im Strahlbereich rumläuft und vor allem wie lange noch – all das gibts nach der nächsten Maus.

Bilder aus meinem Picasa-Album, aber vorsicht, mögliche Spoiler.

Die anderen Teile:
Teil 1 | Teil 2 | Teil 3 | Teil 4

  1. Vertauschungen []
  2. die Nummerierung ist historisch gewachsen – neues Gebäude, nächst höhere Nummer []
  3. und natürlich kein Granitblock, das wäre irgendwie fad []

Ich auf Achse #1

Liebe Leser, im Anschluss folgt nun eine Reihe von André Goerres, in der es um eine abenteuerliche Reise auf dem Motorrad, kollidierende Schwarze Löcher und rockige Festivalerlebnisse geht. Wir wünschen Ihnen viel Spaß dabei.

*snip*

Es fing mit dem kühnen Gedanken an, zum SouthSide mit dem Motorrad anzureisen. Endlich eine Gelegenheit, mal etwas weiter als nur bis in die Eifel zu fahren. Dann gesellte sich bald die Gelegenheit dazu, _DAS_ Forschungszentrum auf der Welt für Teilchenphysik, dem CERN, einen Besuch im Rahmen meiner Arbeit bei der RWTH ab zu statten. Doch würde diese Reise nicht zu viel des Guten sein?

vollgepacktes Motorrad Egal, man wächst mit seinen Aufgaben! Also einfach mal Sachen packen, sich selbst den Helm auf und das Gepäck aufs Gefährt schnallen und schon kanns losgehen. Immer der Nase nach dem Navi nach in Richtung Tübingen, zu meinem ersten Zwischenstopp. Der Mayr war so freundlich, mich für eine Nacht bei ihm aufzunehmen.
War die erste Etappe noch recht unspektakulär (einzig zwei richtig dicke Staus, die durch den Rückreiseverkehr vom Rock am Ring bedingt waren und mich ziemlich ankotzten, sind hier zu erwähnen), so wurde die zweite umso besser. Es ging durch enge Schluchten in den Voralpen, weite Landstraßen in Frankreich und schließlich über einen herrlichen Pass, der über das Jura führte1. Auch einsetzender, kräftiger Regen konnte die frohlockende Bikerstimmung in mir nicht trüben.

CERN Visitor-ID Meine Ankunft im CERN gestaltete sich schließlich eher chaotisch. Knappe Zeit drängten mich, das Hotel schnellstmöglich zu beziehen, sonst hätte ich mich spontan unter den Teilchenbeschleuniger legen müssen. Dummerweise durfte ich ohne Erlaublis nicht auf das Gelände und die Kollegen – alles alte Hasen, die sich auskennen – waren natürlich noch unterwegs. Also erstmal irgendwie irgendwo einen Ausweis besorgen. Eingerostete aktive englische Sprachkenntnisse taten da ihr übriges: Stress!

Entspannen im CERN Mit vorläufigem Visum Besucherausweis, ohne Internet und Bekannte in Reichweite aber einem Hotelzimmer genoß ich erstmal die Dusche und ein bequemes Bett um schmerzende Schultern und geschundenes Gesäß auszuruhen. Natürlich nicht ohne Serie/Film, die Zeit bis zur Ankunft der Kollegen musste ja irgendwie überbrückt werden.

Und wie der André es geschafft hat, doch noch die Kollegen zu finden, Zugang zum Internet zu bekommen und Tauben mit dem Teilchenstrahl zu beschießen, erfahrt ihr nach der nächsten Maus.

Bilder aus meinem Picasa-Album, aber vorsicht, mögliche Spoiler.

Die anderen Teile:
Teil 1 | Teil 2 | Teil 3 | Teil 4

  1. wenn ich in den nächsten Tagen mal ein wenig Zeit zum Motorradfahren habe, werde ich von der gefühlt 20 km langen Abfahrt nach Genf mal ein paar Bilder machen []

PEBS #3: Glasfasern vermessen

PEBS: Der Versuchsaufbau
Eigentlich sollte dieser Eintrag schon gestern online kommen. Ich hab es wegen Rudi Rockt aber nicht mehr geschafft, alle Bilder einzubauen. Daher erst heute

Heute gab es mal was gescheites zu tun, ich sollte ein Glasfaserbündel auf Lichtdurchlässigkeit bzw. Lichtabsorption vermessen. Sprich nach welcher Strecke ist die Lichtintensität in der Faser auf die Hälfte abgesunken.

War eigentlich ganz lustig, die längste Zeit hing ich daran, eine Versuchsstrecke aufzubauen. Hilfsmittel: Klebeband, Karton und eine schwarze Matte. Ziel war es, die 250 µm dicke Glasfaser in (nahezu) völlige Dunkelheit zu bringen und dann an einer bestimmten Position eine UV-LED anzubringen. Das am Ende der Glasfaser austretende Licht sollte dann mit einer pin-Diode (eine Fotodiode) gemessen werden.

Glasfaserenden #1 Glasfaserenden #2

Dank langjähriger Praktikumserfahrung war das natürlich eine leicht zu bewältigende Aufgabe, selbst Großmeister MacGyver hätte es nicht besser hinbekommen können:

Ein anderer Blickwinkel das war vielleicht ein Gefrickel… Der LED-Halter “LightCarrier2000?

Jetzt müssen nur noch die aufgenommenen Messdaten ausgewertet werden. Da die Installation von ROOT aber so lange braucht, kommt das erst morgen. Denn jetzt wird Rudi gerockt!

PEBS #2: Die erste Woche

Eigentlich wollte ich das ja schon letzte Woche schreiben, aber ich habe einfach keine Zeit gefunden. Da ich nun aber gerade ziemlich lange darauf warten muss, dass der PC hier einen Treiber fertig kompiliert hat, nutze ich dieses Warten zum bloggen. Aber von vorne:

Letzte Woche fing die Arbeit bei PEBS an. Arbeit ist jetzt vielleicht etwas zu viel gesagt, immerhin versuche ich immer noch, Überblick über das Forschungsprojekt zu erlangen. Wenn da in Meetings von den “Photomultipliern von Hamamatsu” oder von Vorbereitungen für den Testbeam die Rede ist, weiß ich nicht allzuviel damit anzufangen. Es kommt aber so langsam.

Die Photomultiplier sind eigentlich nur Verstärker für Licht: Gemessene Lichtblitze werden registriert und in ein elektrisches, besser messbares und vor allem verarbeitbares Signal umgewandelt. Und da gibt es eben von mehreren Herstellern entsprechende Bauteile, die alle ihre Vor- und Nachteile haben. Und wenn vom Testbeam die Rede ist, dann geht es um den geplanten Ausflug zum CERN, um dort Teile des Experimentes unter Messbedingungen, sprich mit Teilchenbeschuss, zu testen.

Meine Aufgabe hier beschränkt sich momentan noch darauf, ein USB-Auslesegerät für diverse Messinstrumente unter Linux ans Laufen zu bekommen, was sich leider als schwieriger als gedacht herausstellt. Dafür hab ich aber auch schon meinen eigenen Schlüssel fürs Büro. Verspricht allgemein eher locker zu werden hier. Ich bin auf die weiteren Wochen gespannt…1

  1. es soll glaube ich ein größerer Teststand für ein Versuchsbauteil aufgebaut werden, an dem ich mithelfen soll []