SUVEÜLIÕPILASENA CERNIS

ehk pilk osakestefüüsika köögipoolele

[Artikli toimetatud ja lühendatud versioon ilmus ajakirja Horisont osakestefüüsika erinumbris, 3, 1998.]

CERN

Teaduse ajalugu tunneb väheseid eksperimente, mille korraldamisega oleks aktiivselt seotud olnud üle tuhande inimese. Genfi lähedal Euroopa südames, Šveitsi ja Prantsusmaa piiril asuv elementaarosakeste füüsika laboratoorium CERN oma üle 3000 töötajaga on aga just üks sellistest. Võhikule võib tunduda isegi pisut paradoksaalne, et looduse kõige tillemate koostisosade uurimiseks on tarvis suuri energiaid ja suure hulga inimeste tulemuslikku koostööd.

Enamus CERNis läbiviidavatest eksperimentidest, millest ulatuslikuim on muidugi hetkel seotud elektronide ja positronide kiirendiga LEP, on sisuliselt unikaalsed. Seda mitte ainult oma mõõtmetelt, kuigi paarikümnekilomeetrise ümbermõõduga maa-alune kiirendiring, mitmekordse maja mõõdus detektorid ning kolossaalsete infohulkade töötlemine füüsikaliselt mõttekate tulemusteni jõudmiseks on loomulikult aukartustäratavad. Vaid ka seepärast, et konkreetselt niisugusi tehnilisi lahendusi pole kasutusel kusagil mujal, paljude siin iga päev esile kerkivate nüanssidega ei puututa kokku kusagil mujal.       Sellise masinavärgi käigushoidmine ja temast usaldusväärsete tulemuste väljapigistamine nõuavad väga läbimõeldud ja paindlikku organisatsaiooni, sisuliselt keerukat meeskonnamängu, mille triumf või fiasko sõltuvad tihti kõige nõrgemast lülist. Mis kindlusteb selle, et pidevalt oleks tagatud nii oskuste kui teadmiste järjepidevus ning samas ei langetaks rutiini?
 

SUMMIES

Üks CERNi edu saladusi seisneb läbiproovitud tõdemuses, et nende inimeste ettevalmistamist, kes tulevikus võiksid hakata CERNis töötama, tasub alustada väga varakult. Juba kohe pärast seda, kui nad on omandanud oma eriala baasteadmised, ühesõnaga kusagil ülikoolistuudiumi neljandal-viiendal aastal.  Seda silmas pidades korraldab CERN juba aastaid suveüliõpilaste programmi, mis võimaldab umbes 150 üliõpilasele CERNi liikmesmaadest 2-3 kuud tööd vahetult teaduskeskuse struktuurides, samas meeskonnas ning juhendaja käe all samade ülesannete kallal, millega siin iga päev tegeletakse. Lisaks veel loengud, seminarid, CERNi tähtsamate rajatiste külastused ja palju muud.

Sadakond kogenematut kuid entusiastlikku suveüliõpilast on üheltpoolt piisavalt vähe, et mitte kogu süsteemi uppi lüüa (kuigi elu näitab, et iga suvetudeng suudab potentsiaalselt vähemalt ühe suure segaduse korraldada). Teiselt poolt on neid siiski piisavalt palju, et moodustada omaette väike subkultuur. Omavahelises slängis kutsuvad nad end summies, ehk "suvekad".

Peale ametlike suvetudengite, kelle kulud kaetakse CERNi eelarvest, osaleb programmis ka hulk nn mitteametlikke tudengeid, kelle kohalviibimise organiseerib koduinstituut oma vahenditest. Tänu koostöösidemetele Helsingi Ülikooli Suurte Energiate Füüsika Uurimisinstituudiga SEFT, õnnestus kahel vast Tartu Ülikoolis füüsika bakalaureuse kraadi kaitsnud noormehel - käesoleva kirjutise autoril koos kursusekaaslase Margus Saaliga - osaleda nimetatud programmis 1996 a suvel.
 

ESIMENE  MULJE

Vaevalt oleks meil õnnestunud soomlaste kõrval omale kohta luua, kui meie juhendajaks CERNis poleks nõustunud hakkama Rego Ostonen, Tartu Ülikooli vilistlane ning mitu aastat varem samuti suvetudengi põlve maitsnud eestlane, kes praegu SEFTi värvides CERNis oma doktoriväitekirja kallal töötab. "Just be bright!" oli tema kommentaar, kui pärast rahade ja viisade kordaajamist e-posti teel pärisime, kuidas end eesseisvaks tegevuseks ette valimistada. Muigamisi lisas ta juurde, et kui midagi tõesti teha pole, siis võiks harjutada Diraci võrrandi lahendamist sadulpinnal ning Parisi-Altarelli võrrandite kiirelt peast tuletamist.
Vaade CERNile Šveitsi poolelt, taamal Jura mäed.
Esimamulje CERNist on midagi vahepealset tagasihoidlikust ülikoolilinnakust ja kenasti korras tehaseterritooriumist. Arvuteid ja pabereid täis teooria- ja administratiivhooned vahelduvad eksperimentaatorite natuke tehase tootmistsehhe mennutavate viilhallidega. Sissepääs CERNi on külastajatele vaba ainult temaatilise väljapaneku Microcosm külastamiseks. Muidu on aga CERNi territoorium kõrge võrkaia ja hekiga piiratud ning sisse pääsemiseks tuleb valvurile näidata atestatsioonikaarti või passi. Nimelt mõlema CERNi peamise sissepääsu ees istub väikses klaaskabiinikeses valvur ja laseb tõkkepuul tõusta vaid nende autode ees, mis oma CERNiga seotust tõestada suudavad. Jalgrattureil ning jalameestel piisab üldiselt peanoogutusest, ehkki nädalavahetusel, kui rahvast vähem liikvel, tuleb neilgi valmis olla atestatsioonikaardi esitamiseks.

Hooneid CERNi kompleksis on üle saja. Igal ehitisel on omaette number, kuid need numbrid tunduvad olevat antud kas ehitamise järjekorras või muidu suvaliselt, igal juhul orienteerumiseks nendest küll erilist abi ei ole. Kui kuhugi on vaja minna, siis tuleb ikka plaani pealt järele vaadata mis ja kus. Majanubritest sõltumatult eksisteerivad CERNis ka sümboolsed tänavad, mille nimesiltidelt võib lugeda kuulsate füüsikute nimesid: A. Einstein, N. Bohr, E. Fermi, W. Pauli jt.
 

RIIGIPIIR  POLE  PROBLEEM

Tegelikult on CERNil kaks seesugust hoonetekompleksi - CERN Meyrin, mis asub Šveitsi territooriumil ja CERN Prevessin, eelmisest mõned kilomeetrid eemal Prantsusmaa pinnal. Muide, mingeid erilisi piirikraave või -tulpasid kahe maa vahel ei ole. Ainult teedel asuvad piiripunktid, mille läbimiseks tuleb korraks autoga stoppi fikseerida, et piirivalvuril jääks aega autosviibijatest korraks oma läbinägev pilk üle lasta. Kohalikel autodel on esiklaasil tavaliselt spetsiaalne roheline kleeps, mis lubab tollivabalt üle piiri sõita. Võõramaalastel tuleb aga loomulikult passi näidata, kuigi CERNi atestatsioonikaart paistab passist veel autoriteetsem dokument olema.

Iga päev piiri ületades jäid silma ka mõned piirivalvurite kombeid. Näiteks õhtul kella viie-kuue ajal, kui hulk rahvast liikles parasjagu trajetooril töö - supermarket - kodu, tekkis neil mõnikord tahtmine huviga kontrollida mõne blondi daami auto pagasiruumi. Samas vahest pühapäeva õhtuti või külma ja vihmase ilmaga olid putkad aga üldse kinni. Jalakäiatele või jalgratturitele piiril nimetamisväärset tähelepanu ei pöörata. Nagunii liiguvad sel moel vaid kohalikud. Suuremad CERNi külalisi majutavad ühiselamud Prantsuse pinnal CERN Meyrinist poole tunni jalgsitee kaugusel St.-Genis linnakeses, ja kes harva käivat Y-bussi ei viitsi oodata, see kõnnib jala. Kel CERNis pikemalt asja on (näiteks aastat paar), see üürib omale tavaliselt juba korteri ja muretseb auto. Siiski ei ole soovitav riskeerida jalgsi ilma viisata Šveitsi kõndida, sest tabamisel võivad olla kurvad tagajärjed.

Tinglikult võiks esimese mulje hulka lugeda ka ühe kurioossema vahejuhtumi elementaarosakeste füüsika ajaloos, millele vahetult peale CERNi saabumist pidime kaasa elama.
 

MAAILMA KALLEIM ÕLLEPUDEL

LEPi kiirendi ehitati selle mõttega, et hiljem oleks võimalik osakestele antavat energiat suurendada. Alguses, 1989. aastal läks käiku nn LEP1, kus elektroni ja positrooni põrkeenergia oli ca 90 GeV, ehk Z vahebosoni massi piirkonnas. 1996. aasta suveks, so just vahetult enne meie CERNi saabumise aega oli kiirendile juurde lisatud piisav ports täiendavaid magneteid, nii et energiat oleks olnud võimalik tõsta 160 GeV peale, so vahebosonite paari W+ W- massini. Siinjuures peab märkima, et LEPi kiirendi ei töötab ainult suvel. Talvel on kasulikum elektrit kokku hoida ning jätta aega tehniliste täiustuste ja paranduste tegemiseks.

Niisiis kõigepealt käivitati LEP1.5, so kiirendi vahepealsel energial. Kuid ootamatult selgus, et elektronid-positronid enam ringist läbi ei lähe. Täpsem kontrollimine näitas, et nad teevad küll ühe ringi ära, kuid siis kaovad kuhugi. Kõik seadmed paistsid korras ning tundus, et osakeste teel oleks justkui mingi füüsiline takistus. Täiesti uskumatu lugu, kui arvestada, et kiirenditoru sees, kus osakesed liiguvad, valitseb ulikõrge vaakum. Kaks nädalat aeti selle mõistatuse jälgi, kuni lõpuks õnnestus paari meetri täpsusega kindlaks teha koht, kus osakeste kadumine aset leiab. Kiirendi toru on konstrueeritud nii, et sinna on spetsiaalsete aparaatide abil on võimalik sisse vaadata ilma vaakumit kahjustamata. Vaadati ja nähtigi kaht rohelist Heinekeni õlle pudelit.

Ai-ai, keegi pahatahtlik vembumees oli need torusse pistnud, kui see uute täiendavate seadmete juurdemonteerimiseks avatud oli. Võib-olla olid need üldse maailma kalleimad õllepudelid, kui arvestada, et nende tõttu läkse vett vedama kaks nädalat füüsika jaoks üliväärtuslikku eksperimendi aega, kogu maksumusega 10 miljonit SFR.
 

TÖÖÜLESANDED

Peale loengute jms on CERNi suvetudengid ametis läbilõikes samade ülesannetega, millega põhitöötajad -  so alates eksperimendi tehnoloogiliste detailidest ning lõpetades administreerimise ja WWW lehekülgede toimetamisega. Ainult päris puhta teooria suveüliõpilasi ei ole, sest sellega tegelemiseks ei pea tingimata CERNis viibima.

Meie juhendaja Rego moodustas koos MITi lõpetanud kreeklase Miltosega väikese uurimisrühma ühe LEPi neljast detektorist, L3 juures. Nende põhitöö oli töödelda L3st pidevalt laekuvaid uusi eksperimendiandmeid ning arvutada sealt füüsika jaoks olulisi interaktsiooniparameetreid. Loomulikult sai siis ka minu ja Marguse praktiline tegevus olema selles vallas. Saime endale samad ülesanded, mida lahendada tuli aga loomulikult iseseisvalt.

Kõigepealt tuli aga aru saada põhiskeemist.
 

ALGUSES SIGNAALID  DETEKTORIST...

Kiirendatavad elektronid ja positronid LEPi ringis ei liigu mitte pideva joana, vaid parvekaupa. Parvede liikumine on rihitud sedasi, et vastassuundades kihutavad osakesed peaksid kokku saama just nendes punktides, mida ümbritsevad detektorid. Kuigi parvedes on tihedalt koos miljoneid elektrone-positrone, vihisevad nad tavaliselt üksteisest eriliste kärata mööda. Ainult mõnikord juhtub, et kogu seltskonnast üks elektron ja positron kokku põrkavad, seda nimetatakse sündmuseks. Elektron ja positron  annihileeruvad põrkel, kuid jäävusseaduste tõttu tekib neist siiski hulk igasuguseid põrkeprodukte - uusi osakesi, mis nüüd suvalises suunas laiali lendavad. Just nende põrkeproduktide uurimise kaudu saab elementaarosakeste füüsika võimaluse korrigeerida oma teooriaid ehk nõnda ammutada mikromaailma kohta uusi teadmisi.

Detektor on konstrueeritud mõttega, et nende tekkivate põrkeproduktide kohta võimalikult detailne informatsioon kätte saada. Seepärast koosneb detektor musttuhandest täpselt paika pandud andurist, mille suurus on mõõdetav mikromeetrites. Seejuures on andurid paigutatud mitmes kihis ja neid mitut eri tüüpi. Näiteks mõned on tundlikud elektromagnetkiirguse suhtes, teised neelavad osavalt osakesi jne. Lõpuks väljub igast andurist viik või kaablike, mida mööda ta edastab signaali vastavalt sellele, kas mõni osakene tema tundlikkuse piirkonnast läbi läks. Kõigi andurite signaalid salvestatakse momentaalselt andmefaili ning detektor on valmis ootama järgmist sündmust.

Hoolimata algsest täpsusest hajuvad elektronide ja positronide parved paljude ringide käigus paratamatult. (Valguse kiirusel kimades teevad nad minutiga üle poole miljoni 28 km pikkuse ringi, kusjuures trajektoori täpsus peab olema millimeetri või isegi mikromeetrite suurusjärgus). Kui paistab, et parved on juba liialt hajunud, siis võetakse nad rajalt maha ning antakse start uuele vahetusele. Juhul, kui kõik sujub ladusalt ja tehniliste viperusteta, siis õnnestub päeva jooksul korraldada mitu sellist runi.
 

...SEEJÄREL ANDMETÖÖTLUS

Esialgu on meil tegemist täiesti toorete andmetega, millest füüsikaliselt mõttekate tulemuste väljavõlumine on pikk protsess. Ilma võimsate arvutiteta oleks ülesanne lootusetu. Kõigepealt on vaja registreeritud signaalide abil sündmus rekonstrueerida, ehk piltlikult kirjutada informatsioon maatriksina,   kus andmed iga osakese kohta - trajektoor, nurgad, energiad, jms - oleksid ühel real. Suures osas on too protsess automatiseeritav, st toimub varem katsetuste abil valmis kirjutatud algoritmide abil. Edasiseks andmetöötluseks kasutatakse just sellist vaheopealset kuju.

Tegelikult säilitatakse igaks juhuks ka tooreid andmeid, sest mõnikord osutub vajalikuks nendest lähtudes vahepealsed failid ümber arvutada. Näiteks kui eksperimendi käigus selgub, et keegi oli detektorit 1;2c1;2ckokku monteerides tinutamisel tuhandetest kaks kaablit omavahel segi ajanud. Ning lõpuks on igal juhul andmete säilitamine odavam, kui hakata kunagi eksperimenti kordama. Suure maksumuse tõttu - üks tund LEPi tööd maksab praegu ca 80000 SFR, pluss igasugused ehitus- ja ülespanekukulud - pole see just eriti tõenäoline.

Edasine andmetöötlus sõltub sellest, mis on parasjagu eesmärgiks. Erinevaid parameetried, mis võiksid huvi pakkuda, on palju, seepärast on ka erinevad meetodid ja lähenemised.

Minu ja Marguse esimeseks ülesandeks oli töödelda iga päev saabuvaid L3 detektori andmeid ning arvutada sealt protsessi e+e- -> Z ristlõige. Kogu vajalik tarkvara selleks oli juba varem olemas, nii et tarvis vaid põhimõtetest aru saada ja kõik etapid vigadeta läbi viia. Füüsika jaoks ihaldatava täpsusega tulemusteni jõudmiseks on loomulikult vaja koguda ja töödelda pikema perioodi statistikat. Kuid selleks, et veenduda, et eksperimendiga kõik korras on, tuleb jooksvalt läbi vaadata iga runi tulemused. Arvestades kogu süstemi ulatuslikkust ja võimalikke viperusi, läheb seesugust pidevat kontrolli tõepoolest vaja ning seda teostavad paralleelselt mitmed grupid, igaüks oma kitsamas valdkonnas ja meetoditega.

Meie teine ülesanne tõotas tulla märksa raskem, aga sedavõrd ka põnevam ja loomingulisem. Nimelt pakkus Rego välja vanade, 1991-94 aasta L3 andmete analüüsi, et kontrollida neis võimalikke viiteid ühele uuele osakesele.
 

TAVALINE TÖÖPÄEV

Enne kui hakkata rääkima tavalisest tööpäevast, oleks vaja märkida, et sarnaselt ilmselt paljudele teadsuasutustele, ei alga ega lõpe töö siin üldiselt kellapealt. Paljudele meeldib just hilja õhtul või öösel nokitseda, kui 1;2c1;2celu pisut vaiksem on.  Sama kehtib ka nädalavahetuste suhtes - pühapäeva õhtupoole paisab autoparkla taas vaikselt täituvat, sest nagu Rego väitis, tulevad füüsikud luurama, mis vahepeal uudist on.

Elu nägi välja nii, et istusime hommikust peale suure Silicon Graphics või Hewlett Packard workstationi  ekraani ees ning lasime raalil rehkendada ja graafikuid joonistada. Kuna eraldi ruumi meie jaoks polnud, siis istusime L3 ühises arvutiklassis, kus pidevalt undas ventilaator, mis õhku jahutas. Peale meie kasutasid seda veel paar "kodutut" suveüliõpilast ning mõned hiinlase ja hindu välimusega tegelased, ilmselt siin ajutiselt viibivad teadlased. CERNi mastaapi rahvusvahelises keskuses võib kohata muidugi igasuguseid rahvaid ja keeli, kusjuures üllatavalt palju võis märgata veneleasi, kelle kiirendid omal maal kroonilises rahapuuduses vaevlevad.

Kuigi CERNis käib teadlaste vaheline suhtlemine üldiselt inglise keeles, siis kõik muud inimesed, alates postkontoritädist ja söökla kassapidajast ning lõpetades sissepääsu valvuriga, ootavad meelsasti lävimist prantsuse keeles. Seepärast, isegi kui pikka juttu ei mõista ajada, kulub igapäevaste viisakusväljendite merci, pardon, bonjour jne teadmine alati marjaks ära.

Kui juba söökla kassapidajat sai mainitud, siis olgu lisatud, et kohalikel on kena komme keskpäevast kuni kella kaheni pikka lõunatundi pidada. Söökla täitub ruttu tõsiteaduslikel teemadel vestlevate füüsikutega. Kuiva ilma korral hõivatakse ka kohad terassil, kust selge päeva ajal võib nautida vaadet Euroopa kõrgeimale tipule Mont Blancile, mis 80 km kauguselt üle Alpi eelmäestke valge mütsakana kätte paistab. Tõsi, seesugu selge vaade avanes vaid mõnel päeval kuus, enamasti olid kaugemad mäed ikka udulooriga varjutatud.

Peale kahe söökla on CERNis veel ajalehekiosk, panga- ja postkontor, samuti hotell, duššid ja väidetavasti kusagil keldris ka pesumasinad. Ning kui lisaks arvestada, et mõnel õhtul näidatakse suures auditooriumis kino ja aeg-ajalt toimub kontserte, siis võib küll öelda, et põhimõtteliselt on võimalik täiesti elada ilma CERNist hetkegi lahkumata.
 

CERN  JA  WWW

Üheks esimeseks liigutuseks hommikul arvuti taha saades kujunes pilgu heitmine kohalikele WWW leheülgedele. Sealt sai teada viimaseid uudiseid, näiteks, et täna LEP seisab ja tehakse tehnilisi korraldusi, et paari viimase runi andmed on toorandmete staadiumist peale ümber töötatud, või et uurimisrühma koosolek toimub seal ja millal. Paarile tuhandele inimesele kõike seda paberil operatiivselt välja trükkida oleks üsna kulukas.

Seepärast tasub maidinda, et WWW mõeldigi välja ja juurutati praktilisse kasutusse just CERNis Tim Berner-Lee poolt 1989 aastal. Et see juhtus just CERNis on muidugi mitmete kokkulangemiste tulemus: arvutid olid olemas, võrk oli olemas, samuti vajadus seesuguse elektroonilise informatsioonisüsteemi järele ning last but not least - nutikad inimesed.

CERNi WWW leheküljed http://www.cern.ch/ võiksid ka tavalisele huvilisele huvi pakkuma. Need annavad hea pildi kõige CERNis toimuva kohta, alates erinevate eksperimentide illustreeritud kirjeldustest ja viimastest teadusuudistest, kuni CERNi ümbruses leiduvate vabade üürikorterite nimekirjani. Loomulikult on oma kodulehekülg ka suveüliõpilastel http://www.cern.ch/SummerStudents/. Ning muide, meie CERNis viibimise ajal leidis aset ka väidetavalt maailma esimene internetis üle kantud live kontsert - CERN Hardronic Festival.
 

ANDMETÖÖTLEJA  MAAILM

Võib vist julgelt öelda, et enamus andmetöötleja energiast läheb igasuguste pisikeste arvutiprobleemide lahendamiseks. Asi pole mitte ainult tavalistes rutiinsetes "kalades", näiteks et käimalastud programm jookseb millegipärast kinni, võrk hangub vms.

Suurem probleem on selles, et kogu tarkvaraline süsteem on sedavõrd ulatuslik, et kõiki detaile ei tunne mitte ükski inimene. Nõnda võiks miljonitesse ridadesse ulatuvat koodi võrrelda rahvaluulega. Selleks, et sinu kirjutav skript või subroutiin muu tarkvaraga ühilduks, tuleb paljud asjad lihtsalt põhjenduseta teadmiseks võtta. Kusjuures võib kindel olla, et inimene, kelle kirjutatud tarkvarale sa oma juppe lisaks kirjutad, sõltus ka ise juba eelkäijate konventsioonidest. Põhikriteeriumiks on loomulikult see, et asi töötaks ja sa saaksid mõistlikud tulemused. Urgitseda 1;2c1;2c1;2c1;2ckõikides nüanssides väljaspool sinu töölõiku oleks äämiselt ajamahukas. Lõpuks, kui tekib probleeme, siis leidub tavaliselt keegi naabertoast, kes oskab nõu anda.

Seejuures ärge pange imeks, aga praktiliselt kogu CERN kasutab programmeerimiskeelena Fortranit, mille mainiminegi mujal rohkem fossiilina mõjub. Põhjuseks on asjaolu, et kui Fortran võeti kasutusele kusagil 60-70-ndatel, siis edaspidi on iga aastaga selles lehekülgede viisi uut koodi lisandunud. Kes hakkaks nüüd neid miljoneid ridu mõnda moodsamasse keelde tõlkima. Siiski ei valmista Fortrani kasutamine erilisi probleeme ka sellele, kes varem temaga vahetult kokku puutunud pole. Üldiselt ega palju rohkem lähegi vaja, kui if-lauset, for-do kordust ja subroutiininde poole pöördumist.
 

UUE OSAKESE OTSINGUD

Viimane aeg on nüüd rääkida veel sellest, kuidas käib uue osakese otsimine.

Hüpotees nägi ette, et too otsitav osake on neutraalne, spinnita, 10 GeV suurusjärgus ja laguneb kaheks footoniks. Niisugune võiks olla näiteks standardmudeli ennustatud, kuid siiani veel eksperimendis tabamata Higgsi boson. Või tõenäolisemalt hb, ehk b kvargist ja antikvargist koosnev meson. Seega otsitava protsessi signatuur peaks välja nägema e+ e- -> Z -> Z’ X, kus meie otsitav osake X laguneks edasi kaheks footoniks ja Z bosoni vaheolek Z’ oma tavalisel viisil, so kvarkideks või leptoniteks. Kuidas üldse uut osakest avastada - ühelegi pole ju peale kirjutatud, kes ta on? Põhimõtteliselt ainsaks võimaluseks on siin tugineda statistikale.

Kokku on LEPi L3 detektor nende aastate jooksul registreerinud mitu miljonit sündmust. Ühe sündmuse erinevate lõpp-produktide arv on mitukümmend,  kusjuures iga sellise kohta on registreeritud mitukümmend parameetrit. Ilmselt kogu seesugust informatsiooni pole meil edaspidi vaja ning selle kaasaskandmine oleks edaspidi tülikas. Seepärast asja täpsemaks uutimiseks on kõigepealt vaja teha olemasoleva informatsiooni eelselektsioon. Näiteks eraldada välja kõik need sündmused, kus eeldatavasti Z boson ülepea tekkis. Samutineed sündmused, kus oleksid aimatavad vähemalt kaks energeetilist footonit.
 

ANDMETE  EELVALIK

Ühesõnaga on vaja programmi, mis kammiks arhiivis läbi kõik 91-94 aasta andmed ja kirjutaks uude faili edaspidiseks kasuliku info. Kuna too fail tuleb juba kasutaja enda kõvakettale, siis peab ka silmas pidama, et selle maht väga suureks ei paisuks, muidu läheb saab ketas täis.

Vastav tarkvaraline kest on juba varem olemas, seesuguse ulatuse ja loendamatute salajaste parameetritega, mille hoomamine esialgu kaugelt üle arusaamisvõime käima kipub. Õnneks ainus, mis teha tuleb, on kirjutada põhiprogrammiga haakuv subroutiin, ning selle kohta käivitatavasse skripti märge jätta. Kogu protseduuri oma HP workstationi peal läbi viia oleks ääretult aeglane, seepärast tuleb töö jätta ühe nobedama ja mälukama raali tarbeks, kes siis sinu pakutud ülesande viisakalt järjekorda võtab. Mõnikord on tal kohe aega sellega tegelema hakata, mõnikord tuleb aga mitu tundi oodata, sest on veel palju teisigi, kes tema teeneid kasutada soovivad. Nii et tavaliselt võib pärast protsessi ülespanekut end lõdvaks lasta, Netscape abil Eesti ajalehti sirvida või välja sööma minna. Ning seejuures muidugi loota, et asi õnnestub.

Kuigi esimese korraga loomulikult ei õnnestu - soovitud andmefaili ei tule, ainult matsakas logifail oma rutiinsete teadetega, mille vahelt tuleb leida paar rida antud juhul asjasse puutuvate veateadetega. Ja siis pärast lugemist kukalt sügades oletada, et vististi oli subroutiinis mõne muutuja nimi kogemata valesti või kusagi mõni koma või tühik puudu. Kust mujalt ikka viga otsida, kui mitte enda juurest.
 

ANDMETE  LÕPPVALIK

Hea küll, kui eelselektsiooniga lõpuks hakkama saadud, siis optimaalsel juhul on käes paari megabaidine andmefail paarikümne tuhande sündmusega iga aasta kohta. Selliseid andmemassiive võiks juba oma workstationi peal jooksutada ja neist statistikapaketiga kenasid graafikuid ekraanile manada. Vastavaks tarkvaraks on enamiku CERNi jaoks ühine pakett PAW (Physics Analysis Workstation), mille raames on muuhulgas jälle võimalik oma andmeid fortrani subroutiinidest läbi lasta.

Põhimõte on ikka selles, et viia läbi veel kitsam valik. Ka praegu on liiga palju sündmusi, valdav osa neist on lihtsalt foon, mis tuleb püüda kuidagi maha lõigata. Kogu kunst ongi selles, et leida just niisugused kriteeriumid, mis fooni võimalikult efektiivselt maha saaksid, samal ajal signaali, ehk meid huvitavad sündmused alles jätaksid.

Kriteeriume võib muidugi anda üsna suvaliselt, lasta masinal arvutada ja vaadata, mis siis välja tuleb. Aga targem on nende määramiseks kasutada Monte Carlo simulatsiooni. Monte Carlo simulatsioon kujutab endast füüsikaliste protsesside virtuaalset läbimängimist. Kusjuures arvesse on püütud võtta kõik detektoris esinevad mürad või muud vead, mis andmete saamisel võivad ette tulla. Erinevus tegelikest andmetest on selles, et Monte Carlo tulemuste genereerimisel on võimalik ette anda, millise skeemi järgi interaktsioon kulgeb. Näiteks võib genereerida Monte Carlo kõigi seni tuntud interaktsioonikanaleid või siis ainult meid huvitava konkreetse protsessi aluseks võttes. Uurimise seisukohalt on esimene neist fooni ja teine signaali prototüübiks.

Nüüd joonistame Monte Carlo signaali ja fooni hulka kuuluvate sündmuste erinevad parameetrid histogrammidele. Paljude parameetrite osas histogrammid tõenäoliselt kattuvad, kuid mõne puhul jäävad silma ka erinevused, mille alusel õnnestuks fooni oluliselt vähendada, samas signaali eriti puutumata. Seejuures peab silmas pidama, et lõpptulemusena signaali algsest võimsusest pärast kriteeriumite rakendamist ikka midagi alles jääb. Asi on ikkagi statistikas, et see oleks usaldusväärne.
 

TULEMUSED

Kui oleme Monte Carlo abil kriteeriumid paika pannud, siis võib minna juba eksperimendi andmete juurde. Nii et peaksime saama sündmused, kus tõenäoliselt toimus meid huvitav protsess.

Viimaseks kontrolliks on see, et arvutame footonite energiate ja nende vahelise nurga abil osakese invariantse massi ning kanname histogrammile. Kui histogrammil ilutseb muust foonist selgelt väljaeristuv piik, siis võiks loota, et uus osake on käes. Tavaliselt seda muidugi ei juhtu ning tuleb hakata valitud kriteeriume siia sinna nihutama, andmetega mängima, et vaadata, mis välja tuleb. Näpuvigade eest tuleb ka siin valvel olla. Näiteks olin ma üksvahe kogemata võtnud ühe aasta andmed kahekordselt, tulemuseks loomulikult mitu salapärast kühmukest üldise fooni taustal. Probleem on muidugi selles, et sündmusi on väga vähe ja statistiliselt usaldusväärsete tulemusteni jõuda on väga raske.

Ilusaim ja selgeim massi histogramm, mis mul õnnestus saada - seda muide üleelmisel päeval enne ärasõitu - on esitatud joonisel.

Kas võib seda piiki 10 GeV kohal pidada märgiks otsitavast uuest osakesest või mitte? Monte Carlo simulatsioonis piiki ei esine, kogu ulatuss üksnes samasugune juhuslik taust nagu siin piigi ümbruses. Siiski, statistika mõttes on tegemist piiripealse olukorraga, need andmed ei ületa selgelt vajalikku usaldusnivood, mille puhul uue osakese olemasolu võiks tõestatuks lugeda.

Kontrolli mõttes võiks vaadata iga aasta andmeid eraldi. Torkab silma kahtlane asjaolu, et valdava osa piigist annavad 1992 ja 1993 aasta andmed. Samas 1994 aastal, mil andmete hulk oli kõige suurem ja seetõttu statistiliselt kõige usaldusväärsem, mingi piik 10 GeV peal küll välja ei paista. Ehk on tegu salapärase süstemaatilise veaga?

  
Kokkuvõttes jäi nõnda otsitava osakese olemasolu lahtiseks. Meie suvestuudium CERNis sai otsa ning ametlikku raportisse ei lubanud Rego "avastusest" kirjutada. Muidu oleks tema pidanud hakkama vastama küsimustele, et millega siis tõeliselt tegu ning veenvalt osakese olemasolu tõestama või ümber lükkama. Pigem küll viimast, mis aga oleks parajat peamurdmist nõudnud. Parem tundus lükata kogu lugu vaikselt kalevi alla.

Ainus koht, kus seda lugu jutuks võetakse, ongi käesolev artikkel.


Laur Järv