Megaproyek
CERN: Memahami Partikel untuk Membangun Dunia Modern
Securities.io mempertahankan standar editorial yang ketat dan dapat menerima kompensasi dari tautan yang ditinjau. Kami bukan penasihat investasi terdaftar dan ini bukan nasihat investasi. Silakan lihat pengungkapan afiliasi.
CERN Sebagai Akar Ilmu Pengetahuan Modern
Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir, atau CERN, telah menjadi salah satu fasilitas terpenting di dunia untuk studi partikel subatom dan fisika fundamental.
Ini adalah pekerjaan penting, karena fisika kuantum dan relativitas telah menjadi ilmu dasar di balik banyak, jika tidak sebagian besar, inovasi teknologi dunia modern, termasuk komputer, telepon seluler, laser, telekomunikasi, satelit, MRI, panel surya, mikroskop canggih, energi nuklir, dll.
Hal ini karena semua teknologi ini membutuhkan pemahaman mendalam tentang perilaku atom, elektron, dan partikel lain pada skala terkecil. Dan semua itu bersifat intuitif, jauh melampaui model elektron yang mengorbit inti atom yang disederhanakan. Misalnya, bahkan atom yang paling sederhana sekalipun, hidrogen, membutuhkan persamaan yang kompleks untuk menggambarkan bagaimana elektron-elektronnya sebenarnya berperilaku.
Sumber: Departemen Energi
CERN juga telah menjadi inisiatif ilmiah yang benar-benar global dan internasional yang darinya banyak penemuan lain, termasuk Internet itu sendiri, telah muncul.
Terakhir, pembangunan, pengoperasian, dan peningkatan fasilitas CERN telah menjadi pendorong utama dalam meningkatkan penelitian dan rekayasa di banyak bidang ilmiah canggih seperti superkonduktor, sensor, serta laser dan magnet superkuat.
Sains yang Ambisius Sejak Hari Pertama
CERN didirikan pada tahun 1954 oleh 12 negara Eropa, dengan akronim bahasa Prancis “Dewan Eropa untuk Riset Nuklir”memberikannya namanya.
Sumber: Wikipedia
Tidaklah berlebihan jika dikatakan bahwa sebagian besar fisika partikel modern lahir di CERN, terutama:
- Penemuan boson lemah yang membawa salah satu dari 4 gaya fundamental, dianugerahi Penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1984.
- Penciptaan pertama atom antihidrogen.
- Penemuan keadaan materi baru, plasma quark-gluon.
- Hadiah Nobel Fisika tahun 1992 diberikan kepada peneliti CERN atas penemuan dan pengembangan detektor partikel.
- Hadiah Nobel Fisika tahun 2013 untuk peneliti CERN untuk deskripsi dan pengamatan boson Higgs (yang bertanggung jawab memberikan massa pada partikel).
Sumber: CERN
Saat ini, CERN melibatkan 25 negara sebagai anggota penuh dan 10 anggota asosiasi, yang merupakan langkah pertama sebelum menjadi anggota penuh. Selain itu, harus ditambahkan pula hubungan dekat dengan 3 negara berstatus pengamat (Jepang, Rusia, AS) dan kolaborasi atau kontak ilmiah dengan hampir setiap negara di Bumi.
CERN secara langsung mempekerjakan 3,500 orang, kelompok terbesar terdiri dari ilmuwan dan insinyur, diikuti oleh teknisi, mengikuti pimpinan dan wawasan sedikit di bawah seratus fisikawan peneliti.
Sumber: CERN
Infrastruktur CERN
Tak satu pun pencapaian CERN mungkin terjadi tanpa rekayasa kelas dunia yang digunakan untuk membangun akselerator partikel dan detektornya.
Akselerator partikel bekerja dengan menggerakkan partikel dalam ruang hampa yang kuat, bebas dari udara atau debu. Elektromagnet dan medan listrik yang kuat mempercepat partikel dan menahannya di dalam akselerator. Partikel yang dipercepat, terkadang pada kecepatan 99.9% dari kecepatan cahaya (299 meter per detik / 792 mil per detik), mengenai berkas partikel lain atau target tetap.
Kecepatan dan energi ekstrem dalam tabrakan ini memungkinkan para ilmuwan untuk lebih memahami sifat dasar partikel-partikel ini.
Sumber: Departemen Energi
Saat ini, akselerator partikel utama CERN adalah LHC (Large Hadron Collider), yang berlokasi di Jenewa, Swiss. LHC merupakan terowongan bawah tanah sedalam 175 meter (575 kaki), yang membentuk lingkaran dengan keliling 27 kilometer (17 mil).
Di masa mendatang, hal tersebut mungkin akan dikerdilkan oleh akselerator yang bahkan lebih besar sepanjang 90-100 km yang dibangun di bawah Danau Jenewa dan di seluruh kota (lebih lanjut tentang itu di bawah).
Sumber: Swisstopo
Saat ini, selain LHC “utama”, CERN mengoperasikan 11 akselerator partikel lainnya untuk kebutuhan penelitian khusus pada partikel yang lebih berat, proton, plasma, studi inti yang tidak stabil, dll. Akselerator partikel ini sering kali saling melengkapi, dengan banyak akselerator yang “memasukkan” partikel yang dibutuhkan ke dalam akselerator lain dalam sistem saling terkait yang kompleks.
Sumber: CERN
Lembaga ini juga memiliki tidak kurang dari 11 akselerator partikel dan penumbuk partikel yang dinonaktifkan yang dibangun sejak tahun 1950-an.
Teknologi CERN
LHC
Lokasi LHC yang jauh di bawah tanah merupakan hasil dari perpaduan alasan ilmiah dan finansial. Menggali terowongan lebih murah daripada membeli lingkaran berdiameter 27 km di permukaan tanah, terutama di wilayah Jenewa yang mahal. Lapisan batuan juga melindungi fasilitas dari radiasi kosmik dan permukaan.
Sumber: CERN
LHC adalah akselerator partikel terkuat yang pernah dibangun. Konsumsi energinya, rata-rata, 600 GWH per tahun, sekitar setengah dari total konsumsi energi CERN yang sebesar 1.3 TWh. Sebagai perbandingan, seluruh Prancis mengonsumsi 500 TWh, Uni Eropa 3400 TWh, dan dunia 20,000 TWh.
LHC membuat 2 berkas partikel, yang masing-masing bergerak mendekati kecepatan cahaya, saling bertabrakan. Mereka dipandu dan dibatasi oleh 9593 elektromagnet superkonduksi didinginkan dengan helium cair pada suhu -271.3°C (-456.34°F).
Sebagian besar konsumsi energi operasi disebabkan oleh elektromagnet, baik untuk mengoperasikannya maupun pengeluaran energi untuk memproduksi helium cair dalam jumlah besar.
Tujuan LHC
LHC melakukan tumbukan pertamanya pada tahun 2008 dan diperkirakan akan terus beroperasi hingga tahun 2040-an. Setelah uji coba pertama, termasuk penemuan boson Higgs, LHC sedang melakukan peningkatan dan pemeliharaan besar-besaran untuk mempersiapkan uji coba kedua, yang akan meningkatkan daya LHC hingga 13 TeV (tera elektronvolt) tumbukan.
Setelah penemuan boson Higgs, LHC diharapkan dapat membantu menjawab pertanyaan mendasar tentang Alam Semesta, termasuk peran dan sifat dari apa yang disebut energi gelap dan materi gelap.
Tingkat energi ekstrem yang dicapai juga akan memberi kita wawasan tentang tahap awal Alam Semesta, dalam keadaan “plasma quark-gluon”.
ATLAS
Pelengkap utama LHS adalah detektor partikel ATLAS. Ini adalah detektor partikel terbesar yang pernah dibuat, dengan panjang 46 meter (150 kaki) dan diameter 25 meter (82 kaki).
Detektor berisi 100+ juta saluran elektronik sensitif untuk merekam partikel yang dihasilkan oleh tabrakan.
Berisi banyak sub-detektor, yang masing-masing memainkan peran terpisah, untuk mendeteksi foton, elektron, muon, pion, dan lain-lain secara bersamaan.
Sumber: ATLAS
5900+ fisikawan, insinyur, teknisi, mahasiswa, dan administrator telah bekerja dalam membangun dan mengoperasikan ATLAS, mewakili 180 lembaga ilmiah dari 40+ negara.
CERN – Teknologi Lahir
Semua kilometer akselerator partikel ini telah menghasilkan banyak teknologi yang berguna bagi umat manusia dari waktu ke waktu.
Menciptakan Internet
Mungkin teknologi paling berdampak yang pernah dihasilkan CERN adalah Internet; sungguh.
CERN menciptakan protokol TCP/IP untuk jaringan internalnya sendiri, dan Konsep World Wide Web ditemukan di CERN oleh Tim Berners-Lee, siapa yang membuat situs web pertama (ikuti tautan untuk melihat tampilannya).
Awalnya hal ini dianggap sebagai cara bagi para peneliti untuk bertukar data dan ide dengan lebih mudah.
Sumber: CERN
Pada tahun 1993, CERN menawarkan perangkat lunak World Wide Web kepada dunia sebagai kekayaan intelektual domain publik. CERN juga menjadi pelopor dalam komputasi grid, proses melakukan perhitungan melalui beberapa komputer yang terhubung melalui web.
Jadi mungkin paradoks, salah satu kontribusi terbesar CERN, sebuah organisasi penelitian akselerator partikel, adalah untuk meningkatkan pertukaran bebas semua pengetahuan, data, dan perangkat lunak, alih-alih eksperimen fisika kuantum.
Aplikasi Medis
Salah satu penerapan penelitian CERN adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang akselerator partikel. Akselerator berukuran lebih kecil kini rutin digunakan di rumah sakit untuk radioterapi dalam perawatan kanker. Penelitian berkelanjutan telah menjadikannya semakin efisien, lebih kecil, dan lebih murah seiring waktu.
Kontribusi tambahan untuk terapi kanker ada di bidang kedokteran nuklir, atau penggunaan isotop langka untuk membunuh sel kanker.
Beberapa radioisotop ini diproduksi secara unik di CERN.
Pencitraan medis adalah bidang lain di mana fisika partikel sangat penting, dari sinar-X hingga MRI, pemindaian PET, dan tomografi terkomputasi (CT).
Beberapa perbaikan dalam radioterapi hadron, serta imajinasi medisg, langsung berasal dari sensor yang dikembangkan untuk detektor partikel ATLAS.
Selama pandemi Covid, CERN mengembangkan alat sumber terbuka (COVID Airborne Risk Assessment tool – CARA) untuk memodelkan konsentrasi virus di ruang tertutup dengan berbagai parameter, seperti ukuran ruangan, waktu yang dihabiskan di dalam ruangan, penggunaan masker, jumlah orang, dan ventilasi.
Energi & Teknologi Hijau
CERN telah berkolaborasi dengan Airbus dengan membawa keahliannya pada kabel superkonduktor untuk pesawat yang berpotensi lebih ringan, atau bahkan pesawat listrik.
Pengalaman lembaga ini dalam menguji material pada suhu yang sangat rendah juga berguna untuk menguji potensi hidrogen dalam transportasi pesawat.
CERN juga berkolaborasi erat dengan ITER, proyek fusi nuklir terbesar di dunia, yang dapat menawarkan pasokan energi bersih tanpa batas jika berhasilMengingat fusi nuklir sebagian besar bergantung pada magnet ultra-kuat dan material superkonduktor, tumpang tindih dengan keahlian CERN terlihat jelas.
Pengolahan data
Ketika partikel terdeteksi, aliran data yang dihasilkan dalam mikrodetik sangat besar. Yang lebih bermasalah, 40 terabyte per detik ini tidak mungkin disimpan untuk diproses kemudian.
Hal ini menyebabkan ilmuwan CERN menjadi ahli dalam merancang algoritma yang mampu memutuskan data mana yang merupakan data paling menarik dengan cepat.
CERN berkolaborasi dengan perusahaan seperti CEVA (sensor) atau ABB Motor untuk menggunakan algoritma tersebut guna mengoptimalkan konsumsi energi fasilitas dan peralatan CERN dalam pengembangan.
Ini juga digunakan oleh perusahaan keselamatan mobil Zenseact untuk mengembangkan sistem mengemudi otonom dengan latensi rendah.
Prinsip yang sama diterapkan pada drone dan sistem robotika secara umum, terutama pada perusahaan Terabee.
Aerospace
CERN memiliki pengalaman panjang dalam menangani bentuk radiasi intens dan terkadang eksotis yang dihasilkan oleh peralatan dan eksperimennya.
Hal ini dapat dimanfaatkan dalam aplikasi praktis untuk perisai radiasi satelit dan eksperimen berawak di luar angkasa, sering kali bekerja sama dengan Badan Antariksa Eropa (ESA).
Misalnya, CERN memiliki satu-satunya instalasi di Bumi yang mampu meniru lingkungan radiasi keras Jupiter.
Aplikasi Lainnya
Persyaratan CERN untuk memiliki semua detektor partikel dan sistemnya dalam sinkronisasi sempurna hingga ke nanodetik telah menjadikannya ahli di bidang ini juga.
Standar “sinkronisasi waktu CERN” sumber terbuka dapat digunakan dalam telekomunikasi, pasar keuangan, dan jaringan kuantum. Misalnya, penyedia perdagangan Deutsche Borse menggunakannya dalam infrastruktur sistem perdagangan mereka.
Pendidikan
CERN juga bertindak sebagai sumber daya pendidikan untuk ilmu pengetahuan dan fisika tingkat lanjut.
Ini termasuk menyediakan layanan gratis model peralatan yang dapat dicetak 3D, kartun penjelasan dan buku komik, serta materi kelas untuk guru.
Secara paralel, ia menyediakan kerangka kerja perpustakaan digital sumber terbuka yang fleksibel, berkinerja tinggi, dan gratis, yang saat ini digunakan oleh perpustakaan, universitas, dan lembaga global.
Dedikasi CERN dalam berbagi pengetahuan juga terwujud dalam spin-off-nya Orvium, infrastruktur penerbitan untuk publikasi ilmiah sumber terbuka dan terdesentralisasi.
Terakhir, CERN menyediakan tur edukasional ke fasilitas-fasilitasnya, museum lokal, dan pameran seni.
Infrastruktur dan Prestasi Masa Depan CERN
LHC Luminositas Tinggi (HL–LHC)
Sementara para peneliti dan teknisi CERN bekerja keras untuk mendapatkan hasil semaksimal mungkin dari instalasi saat ini, mereka di saat yang sama memperhatikan langkah berikutnya.
Yang pertama akan menjadi “LHC Luminositas Tinggi”, atau HL–LHC, peningkatan yang bertujuan untuk meningkatkan luminositas LHC hingga 10x. Misalnya, LHC dengan Luminositas Tinggi akan menghasilkan setidaknya 15 juta boson Higgs per tahun, dibandingkan dengan sekitar tiga juta dari LHC pada tahun 2017.
Sumber: CERN
Peningkatan tersebut akan mencakup penyempurnaan pada magnet, hubungan superkonduktor, perlindungan yang diperkuat, dan akselerator yang lebih baik.
HL–LHC diharapkan dapat beroperasi pada pertengahan tahun 2030-an, karena pekerjaan teknik sipil telah dimulai pada bulan April 2018, dan menerima magnet pertamanya pada bulan Desember 2024.
Circular Collider Masa Depan (FCC)
Setelah LHC, desain raksasa berukuran 90 km diharapkan menjadi langkah selanjutnya dari akselerator partikel, yang disebut Collider Sirkular Masa Depan (FFC)Akan dibangun pada kedalaman rata-rata 200 meter (656 kaki).
Percobaan pertama akan berlangsung selama 15 tahun, dimulai pada pertengahan tahun 2040-an dengan FCC-ee, penumbuk elektron-positron. Konsumsi daya FCC-ee diperkirakan akan bervariasi antara 1 dan 1.8 TWh/tahun.
Mesin kedua, FCC-hh, sebuah penumbuk proton-proton, akan dipasang di terowongan yang sama dan mulai beroperasi pada tahun 2070-an dan akan beroperasi selama lebih dari 25 tahun.
Keseluruhan proyek ini diperkirakan menelan biaya sekitar CHF15 miliar, yang akan berlangsung selama 15 tahun. Penyelesaian akhir studi kelayakan diharapkan pada tahun 2025, dengan keputusan akhir oleh komite CERN pada tahun 2027-2028 dan konstruksi dimulai pada tahun 2030-an.
FCC dapat menyelidiki partikel yang diprediksi oleh teori yang melampaui model standar fisika partikel, yang memerlukan detektor yang lebih sensitif atau akselerasi yang lebih kuat.
Pemahaman yang lebih mendalam tentang fisika ini kemungkinan akan sangat penting untuk meningkatkan kinerja komputer dan membuka kemungkinan baru bagi ilmu material. Dengan demikian, umat manusia dapat menjadi peradaban yang benar-benar maju yang mampu menjelajahi bintang-bintang, menciptakan kecerdasan buatan yang sesungguhnya, atau menikmati energi yang berlimpah dan tak terbatas.
Perusahaan Terkait CERN
CEVA
(CEVA )
CEVA adalah perusahaan sensor dan mitra CERN yang menggunakan algoritma institusional untuk meningkatkan efisiensi dan konsumsi daya sensornya. Solusi CEVA dan IP (200 paten) terintegrasi ke dalam 18 miliar perangkat.
Solusi perusahaan digunakan oleh banyak merek elektronik terkemuka di seluruh dunia.
Sumber: CEVA
Aplikasi utama dari kolaborasi antara CEVA dan CERN adalah “Edge AI”, atau aplikasi kecerdasan buatan yang diterapkan pada perangkat yang jauh dari pusat data (cloud) dan lebih dekat ke konsumen (edge).
Mungkin tidak mengherankan melihat algoritme fisika partikel digunakan kembali dalam aplikasi AI, seperti jaringan saraf, misalnya, yang digunakan dalam menemukan partikel boson Higgs. Analisis data akselerator partikel perlu dilakukan di tempat, bukan di cloud, karena banyaknya volume data yang diproduksi dengan sangat cepat.
Ceva membantu CERN menciptakan algoritma kompresi baru yang dapat digunakan dalam eksperimen masa depan dan akan dapat mengintegrasikan teknologi baru ini ke dalam produknya.
“Berkat kolaborasi kami dengan CERN, kami mampu mengembangkan pendekatan inovatif yang memungkinkan jaringan berjalan hingga 15x lebih cepat dibandingkan dengan model dasar 16-bit.
Ini meningkatkan kecepatan jaringan dan mengurangi konsumsi energi hingga 90% sambil mempertahankan akurasi yang sebanding.”
Ini hanyalah salah satu kemajuan teknologi CEVA, dengan perusahaan yang aktif dalam konektivitas nirkabel, sensor (penglihatan, audio, gerak), dan algoritma jaringan saraf.
Sumber: CEVA
CEVA sangat diuntungkan dari tren gabungan konektivitas 5G (termasuk satelit 5G) dan IoT (Internet of Things) dengan solusi AI tertanam, baik untuk solusi industri maupun rumah. Perusahaan ini juga merupakan pemimpin dalam solusi WiFi 6 dan memiliki posisi terdepan dalam WiFi 7.
Sumber: Ruije
Sebagai perusahaan perangkat lunak dan IP, CEVA terkenal dan sering terlewatkan oleh investor yang tertarik pada sektor IoT dan 5G.
Ini dapat menjadi perusahaan menarik yang berada di garis depan kemajuan teknologi dalam pemrosesan data dan AI, seperti yang diilustrasikan oleh pemilihan CERN untuk membantu beberapa analisis data paling rumit yang pernah dilakukan oleh umat manusia.
