9、高能物理实验中的网格计算：从LHC到未来展望

高能物理实验中的网格计算：从LHC到未来展望

1. 引言

高能物理（HEP），常被称为粒子物理，是一个没有分布式计算基础设施——计算网格就难以取得科学成果的研究领域。它研究物质的基本亚原子组成部分，超越质子和中子，探索大爆炸后瞬间存在的粒子以及夸克胶子等离子体（QGP）中的夸克和胶子。

世界领先的粒子物理研究实验室是欧洲核子研究中心（CERN），其最新的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC），位于地下约100米、长27公里的隧道内，跨越瑞士 - 法国边境。LHC使用反向旋转的质子或铅离子束在4个点进行碰撞，这些碰撞发生在大型粒子探测器ALICE、ATLAS、CMS和LHCb内部，此外还有两个较小的实验TOTEM和LHCf，专注于“前向粒子”。

科学家希望借助LHC解答几个重大问题：
- 质量的起源是什么，为什么基本粒子有质量，而有些粒子却没有质量？标准模型假设存在希格斯玻色子，但至今尚未发现。
- 反物质都去哪里了？宇宙诞生时产生了等量的物质和反物质，但如今我们的世界几乎没有反物质。
- 夸克胶子等离子体的基本性质是什么？最新研究表明它表现得像完美液体。
- 宇宙是由什么组成的？目前已知粒子仅占宇宙的4%，其余被认为是暗物质和暗能量，LHC实验将寻找超对称粒子以证实暗物质的形成假设。

LHC是世界上最大的粒子加速器，根据原始设计，每个束流应有2808个束团，每个质子束团包含10¹¹个质子。然而，科学家寻找的新现象出现率极低，仅为10⁻⁵ Hz，因此物理学家每秒必须分析10¹³个碰撞事件才有机会发现新物理现象。为了处理LHC产生的大量数据，2002年启动了全球LHC计算网格（WLCG）项目，以构建分布式计算基础设施，为LH