Bezoek aan NIKHEF: grote vragen en kleine deeltjes

Bezoek aan NIKHEF: grote vragen en kleine deeltjes

In één vrijdagmiddag werden een groepje VWN-ers kort en intens bijgepraat over waar het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) op dit moment mee bezig is. De onderwerpgrootte varieerden van elementaire deeltjes tot de oorsprong van het heelal. Het ging in feite over ALLES en daar worden ze bij Nikhef heel bij van.

Door: Karina Meerman

Het standaardmodel past op een koffiebeker, maar is nog niet compleet.

Directeur Stan Bentvelsen heette ons welkom met een kort college elementaire deeltjes en fundamentele krachten. Gezeten in schoolbankjes luisterden wij naar de missie van Nikhef en de grote vragen waar onderzoekers en ingenieurs zich nu mee bezig houden. Waar komen neutrino’s precies vandaan? Waarom is 85 procent van de materie in het universum onbekend? Wat is de oorsprong van donkere materie? Hoe is antimaterie verdwenen in de Big Bang? Wat is het verschil tussen materie en antimaterie? Grote vragen waarvoor complexe meetapparatuur nodig is en internationale samenwerking noodzaak is.

De formule van het standaardmodel kwam meermaals voorbij. “De keurigste theorie die we hebben” past leesbaar op een koffiebeker, maar is niet compleet. Met de recente vondst van het higgsdeeltje zijn alle elementen van het standaardmodel bekend. En dus gaat de zoektocht verder met het verzamelen van nog meer data, met preciezere metingen over steeds grotere volumes naar wat nog onbekend is.

OP DE ZEEBODEM

Zo wordt er bijvoorbeeld gewerkt aan een telescoop onder water die neutrino’s moet gaan detecteren in de hoop te ontdekken wat hun oorsprong is. Paul de Jong (hoogleraar UvA) leidde ons door de werkplaats waar onderdelen van de neutrinotelescoop KM3NeT worden gebouwd. Op de bodem van de Middellandse Zee staan nu op ruim drie kilometer diep twee constructies die ieder 18 bollen stabiel houden. In het diepe donker wil men de lichtsignalen detecteren die het gevolg zijn van neutrino’s die op moleculen botsen. KM3NeT streeft naar een net van honderden bollen dat een kubieke kilometer zeewater beslaat. Zowel de telescoop als het mechanisme van uitrollen (letterlijk!) zijn ontworpen door Nikhef en moeten functioneren onder een druk van 300 atmosfeer.

IN EDELGAS

En door, naar het XAMS-Lab waar men met de XENON1T bewijs voor donkere materie hoopt te vinden. Het plan is botsende elektronen in zo puur mogelijke xenon te isoleren in een detector in een ondergronds lab in Italië. Patrick Decowski (hoogleraar UvA) legde uit hoe complex dit is, mede door de gevoeligheid van xenon. “Een vingerafdruk op de detector kan de metingen al verstoren.” En voor 2000 euro per kilogram schaf je ook niet zo maar een nieuwe batch edelgas aan. De processen van xenon koelen en zuiveren worden nog voortdurend verfijnd. De detector zelf was van een teleurstellende grootte, slechts drie keer zo groot als onderstaand model van de tweede generatie. Resultaten zijn er nog niet, maar zoals Decowski zei: “Geen resultaat is ook resultaat.”

MET LICHT

Onderzoeksleider Chris Van Den Broeck gaf vervolgens een korte inleiding zwaartekrachtgolven: wat zijn ze, hoe worden ze opgewekt en hoe zijn ze te meten? Tot nu toe zijn er – dankzij laserinterferometers – vijf waarnemingen geweest waar samensmeltende zwarte gaten de zwaartekrachtgolven hadden veroorzaakt. In 2017 bleek de oorzaak een dubbele neutronenster. We mochten meeluisteren naar het moment dat de twee versmolten, zo’n 130 miljoen jaar geleden. Een bizar idee, zo zittend op een stoeltje in een kantine in Amsterdam. De schat aan informatie die vrijkomt bij zo’n evenement doet wetenschappers afvragen of de huidige wetten van de zwaartekracht wel kloppen, aldus Van Den Broeck.

Hopelijk kan LISA van 2034 daar antwoorden op vinden. En anders wordt er gewerkt aan een ondergronds observatorium in Limburg. De Einstein-telescoop moet rond die tijd ook klaar zijn, maar vooralsnog is het stadium proefboringen in de Limburgse klei.

MET SPEELTJES

Daarna was het aan de energieke Erik Hennes om ons journalisten uit te leggen hoe zeventiende-eeuwse mechanica er in de eenentwintigste eeuw voor zorgt dat metingen in de ruimte zo zuiver mogelijk kunnen worden gedaan. Bijvoorbeeld door ongewenste trillingen te dempen. Hij begon zijn demonstraties met een boor, HEMA-tennisballen en wasknijpers en eindigde met een optische tafel van 230 kilo aan een stalen draadje van 2 mm. (Het Multistage Seismic Attenuation System, of MultiSAS in een vacuüm tank.)

Als deze kennis heeft een commerciële spinoff genaamd Innoseis. Deze handzame sensoren detecteren trillingen in de grond en worden gebruikt in de detectie van olie en gas. Meer: http://www.innoseis.com/

Het ‘pinguindiagram’.

MET DEELTJES

Marcel Merk (hoogleraar VU) gaf nog een update rondom de deeltjesversneller bij CERN en de wereld na de detectie van het higgsdeeltje. Die gaat voor een belangrijk deel over het verschil tussen materie en antimaterie. Eerlijk gezegd was dit journalistenhoofd inmiddels te vol voor nog meer input. Alhoewel we collectief opleefden bij het woord pinguindiagram als naam voor een bepaald feynmandiagram. Lees hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Penguin_diagram

TOT SLOT, MET DE HAND

Dat Nikhef zelf instrumenten ontwerpt en bouwt, is wellicht minder bekend, maar afdelingshoofd en programmaleider Niels van Bakel is vastbesloten daar verandering in te brengen. Al die wetenschappelijke apparatuur moet natuurlijk ook worden bedacht en in elkaar gesleuteld. “Zoals een sensortje dat moet kijken naar een laser die een miljoen kilometer verderop staat.” Werk aan een prototype kan vier of vijf jaar duren, miljoenen kosten en dan is het nog maar de vraag of het project uiteindelijk doorgaat. Dat moet je ook kunnen.
Enfin. Voldoende stof tot nadenken tijdens en na dit bezoek.
2018-07-03T17:03:21+00:003 juli 2018|Excursies, Verslagen|