ELEKTRONICA VAN CERN TOT IN DE DIEPZEE: GEEN DEELTJESEXPERIMENT KAN ZONDER PRINTPLATEN - NIKHEF
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
NNaaj
jaaa
22002 arr
109
Nationaal
instituut voor
subatomaire fysica
Elektronica
Van CERN tot in de diepzee:
geen deeltjesexperiment
kan zonder printplaten
Theorie-groep
Het gedrag van deeltjes
doorgronden met
pen, papier en krijt
2 Nieuws 3 Voorwoord
Neutrinojagers Over Nikhef
bouwen hun
Nikhef is het Nationaal instituut
voor subatomaire fysica. Het instituut
doet onderzoek naar de elementaire
bouwstenen van ons universum, hun
sensorbollen in
onderlinge krachten en de structuur
Deeltjes
van ruimte en tijd.
Nikhef zoekt naar antwoorden op de
Amsterdam in tijden
grote natuurkundige vragen van deze
tijd. Uit welke fundamentele bouwstenen
bestaat de wereld om ons heen? Hoe is
ons heelal ontstaan? Wat zijn de grond-
van corona
beginselen van de natuurwetten? Het
onderzoek vindt plaats bij deeltjesver-
snellers als de Large Hadron Collider
op CERN en met detectoren in de hele
wereld voor kosmische deeltjes, donkere
materie en zwaartekrachtsgolven. Een van de meest bijzondere verhalen in dit nieuwe nummer van het
Nikhef-magazine DIMENSIES gaat over de vervanging van een cen-
Nikhef is een samenwerkingsverband op traal onderdeel van de LHCb-detector op CERN. Normaal zou dat een
het gebied van (astro)deeltjesfysica spectaculaire operatie zijn, met technici die samen geconcentreerd de
tussen de institutenorganisatie van NWO klus klaren, diep onder de grond in Genève.
en zes universiteiten: de Radboud
Universiteit, de Rijksuniversiteit Maar in tijden van corona is alles anders.
Groningen, de Universiteit van
Amsterdam, de Universiteit Maastricht, Ditmaal was er maar een klein team op CERN ondergronds, en reikten
de Universiteit Utrecht en de Vrije Nikhef-engineers via een online videoverbinding de helpende hand.
Universiteit Amsterdam. Gewoon vanuit hun werkkamer thuis, in Amsterdam. Het was een
operatie op afstand en dat werkte uitstekend.
Postbus 41882 Science Park 105
1009 DB Amsterdam 1098 XG Amsterdam In maart werd ook op Nikhef in één klap alles anders. Onze medewerkers,
In de PIMU-hal van Nikhef op het info@nikhef.nl +31 (0)20 592 2000 staf en studenten werkten als het maar even kon thuis. De gebouwen in
Amsterdam Science Park is afgelopen zomer Amsterdam en elders lagen er vrijwel verlaten bij. Gereisd werd er niet en
de massaproductie gestart van onderdelen DIMENSIES najaar 2020 conferenties werden online gehouden. Tegelijk kwam op Nikhef het
voor de reusachtige internationale KM3NeT wetenschappelijke leven zelf niet tot stilstand. Het onderzoek ging online
neutrinotelescoop die op de bodem van de REDACTIE verder, onderwijs en begeleiding gebeurden op afstand. In de virtuele
Middellandse Zee wordt gebouwd. Martijn van Calmthout, Vanessa Mexner, huiskamer van het instituut organiseerden we lezingen, discussies en
Martine Oudenhoven, Melissa van der Sande lunchconcerten. Het datacenter rekende aan het coronavirus en er waren
Wekelijks kunnen daar acht tot twaalf zelfs collega’s die medische beademingsapparatuur ontwikkelden.
grote glazen bollen met fotodetectoren AAN DIT NUMMER WERKTEN MEE
worden geassembleerd, die uiteindelijk Thijs Balder (illustraties), Ronald De coronacrisis komt op een moment dat de deeltjesfysica zichzelf
passerende deeltjes in de donkere diepzee Blinderman (foto’s), Gino Hoft opnieuw aan het uitvinden is. In Europees verband wordt nagedacht
kunnen waarnemen. Deze waterdichte en KM3NeT speurt naar bronnen van neu- detectorlijnen. Deze lijnen gaan naar de (foto’s), Marco Kraan (foto’s), Dorine over de toekomst van het vak en de experimenten. Ook Nikhef is daarbij
drukbestendige DOM-bollen (Digital Optical trino’s uit het heelal en kijkt naar de Franse en Italiaanse partners die ze verder Schenk (tekst), Bas Uterwijk (foto’s), actief betrokken. In dit nummer legt Eric Laenen uit hoe de Europese
Modules) met een diameter van 40 centimeter eigenschappen van deze spookachtige deeltjes. afbouwen, en uiteindelijk vanaf een kraan- Maureen Voestermans (tekst), Gieljan de deeltjesfysica de weg voorwaarts zoekt en vindt. Nieuwe technieken
en 31 fotobuizen zijn grotendeels door Nikhef De detector bestaat uit honderden drijflijnen schip op de zeebodem plaatsen en met een Vries (tekst) zullen daarbij essentieel zijn. Nikhef heeft een aantal technische groepen
ontworpen. KM3NeT komt op twee locaties: op de zeebodem met lichtgevoelige bollen. onbemande duikboot aansluiten op de voe- die daarin toonaangevend zijn, en de afdeling Elektronica Technologie is
voor de Franse en Italiaanse kust. Het woud van sensorlijnen bekijkt permanent ding en datakabels. ONTWERP EN VORMGEVING er daar een van. Deze DIMENSIES portretteert de groep aan de hand
De PIMU-hal heeft voor Nikhef ook histo- ongeveer een kubieke kilometer donker zee- KM3NeT telt nu zes lijnen op 2,5 kilo- Enchilada (ontwerp), Naïm Niebuur van vijf markante printplaten en de mensen achter dat werk.
rische waarde. Het betonnen gebouw hoorde water. Passerende neutrino’s kunnen daarin meter diepte, zo’n 40 kilometer uit de kust bij studio (vormgeving)
lange tijd bij de eigen deeltjesversneller van lichtsporen veroorzaken. Uit de waarne- Toulon. Als het weer op zee het toelaat, Ook elders in dit magazine zien we weer veel gezichten. Dat is niet toe-
het instituut langs de Ringdijk. Nadat de ver- mingen vanuit verschillende bollen kunnen komen er het komende half jaar nog zeven OP DE COVER vallig want deeltjesfysica is in alle opzichten mensenwerk. Gedreven
sneller zelf in 1998 werd gesloopt, is de de fysici de sporen reconstrueren. lijnen bij. Uiteindelijk moeten daar rond Nikhef-promovendus Anders Rehult in mensenwerk, van technici, experimentatoren en theoretici. Ook in
PIMU-hal jarenlang door andere instituten In Amsterdam worden de DOM’s uit 2024 115 detectorlijnen staan, goeddeels gesprek met groepsleider Robert moeilijke tijden.
gebruikt als lab, maar nu is hij speciaal voor onderdelen met de hand samengesteld en made in Amsterdam. Het Italiaanse deel Fleischer en collega Eleftheria Malami
de KM3NeT-productie ingericht. getest, en uiteindelijk verbonden aan de volgt later. Foto: Bas Uterwijk Stan Bentvelsen, directeur Nikhef
Tekst: Martijn van Calmthout / Foto: Marco Kraan
4 Elektronica Technologie 5 Elektronische Technologie
Van de deeltjesdetectoren op CERN Tekst: Martijn van Calmthout
tot de neutrinotelescoop in de
Foto’s: Bas Uterwijk, Gino Hoft,
Ronald Blinderman
Middellandse Zee: elektronica van
De
Nikhef is overal. Een groepsportret
met vijf spraakmakende printplaten.
signaalverwerkers Her en der staan ze op Nikhef in trotse ‘Zonder elektronica geen metingen en
van Nikhef
glazen uitstalkasten op de gangen: print- geen wetenschap’, zegt Kluit, zelf een
platen van de afdeling Elektronica ervaren elektrotechnisch ingenieur, trots.
Technologie. Een buitenstaander loopt Kluit leidt een groep van ongeveer 25 elek-
gemakkelijk voorbij aan de groene en rode tronici die op allerlei manieren betrokken
borden vol weerstanden met kleurcodes, zijn bij deeltjesexperimenten wereldwijd.
verticale condensatoren, ledjes, zwarte Nikhef is er een graag geziene partij, zegt
chips met talloze pootjes, fijne metaal- de groepsleider.
lijntjes en stekkertjes. Maar aan ieder ‘We zijn een relatief groot instituut met
ontwerp is vaak vele jaren intensief en meerdere specialisaties die je bijvoor-
geconcentreerd teamwerk voorafgegaan, beeld op een universiteit niet snel zult
vertelt groepsleider Ruud Kluit in zijn aantreffen.’ Door sterke interne samen-
kleine kantoor op het instituut. werking kunnen de ontwerpers onderling
Voor de leek hebben de kunstige proto- steunen op elkaars specialismen en
types eigenlijk wel wat weg van ervaring.
miniatuursteden vol piepkleine gebouwen,
kerken en fabrieken, wijken met rijtjes- Programmeerbaar
huizen, rondwegen en kruispunten. Ruwweg is de groep verdeeld over drie
Geen gekke vergelijking, benadrukt gebieden.
Kluit, die zijn mensen inderdaad wel eens Er is de analoge elektronica voor bij-
met bouwkundigen vergelijkt. Alleen zijn voorbeeld voeding, de meest klassieke
de kantoren en woonwijken hier elektroni- vorm van elektrotechniek. Dit is de sectie
sche componenten, die elektrische en waar nog het vaakst wel eens ouderwets
optische signalen opzuigen, bewerken en gesoldeerd wordt.
weer uitspuwen. De stad is geen stad Daarnaast is er een groep specialisten
maar een systeem om signalen uit de voor programmeerbare digitale elektro-
deeltjeswereld, opgepikt door detectoren, nica, meer en meer de standaard in de
te verwerken tot grondstof voor weten- elektronische signaalverwerking.
schap. Pas dan kan immers de En er zijn ontwerpers die zelf integrated
interpretatie en analyse en dus de natuur- circuits (chips) componeren, op maat voor
kunde beginnen. de specifieke verlangens en eisen van
gebruikers. Sensoren bijvoorbeeld, die
als een fotochip passerende deeltjes
registreren op duizenden pixels. Waarvan
de pixels zelf ook weer gecompliceerde
microelektronica zijn.
Het werk van de afdeling speelt zich
meer en meer achter beeldschermen af,
aan de hand van onwaarschijnlijk gecom-
pliceerde schema’s en menu’s. Op de
gangen van de groep heerst om die reden
meestal een serene, geconcentreerde
kalmte. ◀
Ruud Kluit
6 Elektronica Technologie 7
WHITE RABBIT
FELIX
Wat zien we? White Rabbit HPSEC-board
Wat doet het? Een elektronisch systeem
dat via glasvezels op afstand
klokken kan synchroniseren en gelijk Wat zien we? FLX-712, insteekkaart
laten lopen tot op nanosecondes voor server-PC’s, voor het Front-End
nauwkeurig. Een speciaal protocol LInk eXchange (FELIX) systeem van
met signalen en tijdstempels zorgt ATLAS.
dat looptijden van signalen in Wat doet het? Ongeveer honderd van
kabels en onderdelen geen rol meer deze kaarten leggen samen de verbin-
spelen, en stuurt desnoods bij. ding van het data-acquisitiesysteem
Waar zit wat? Het witte blok is de en het detector-controlesysteem naar
centrale oscillator voor de schake- de detectoren en triggersystemen in
ling. Rechtsachter de aansluiting ◀ Maar er zijn ook specialisten in data- Experimenteel natuurkundigen hebben de ATLAS-detector.
voor het SPEC7-controlesysteem. communicatie, optica-experts, en nogal eens de neiging om het liefst alles zelf Waar zit wat? De zwarte ventilator
Linksvoor de output voor het coördinatoren voor contacten met leve- te bedenken, weten de elektronici als geen koelt de programmeerbare Xilinx
kloksignaal. ranciers en industrie, die de ontwerpen ander. Maar voor het soort elektronica dat in FPGA-chip, waar de signalen worden
Wiens werk? Nikhef neemt deel in een van Nikhef uiteindelijk in voldoende aan- deeltjesexperimenten wordt gebruikt, is dat verwerkt. Op de groenblauwe bus
internationaal White Rabbit onder- tallen moeten gaan produceren voor de inmiddels ondenkbaar. Daarvoor is de tech- rechtsvoor een aansluiting voor 48
zoeksconsortium, met onder meer CERN experimenten. Allemaal mannen, bekent niek te gespecialiseerd geworden en is hoge glasvezels naar de detectoren.
en GSI in Darmstadt. Op de foto elek- Kluit, die dat graag wel wat diverser zou betrouwbaarheid een eis. Wiens werk? Bij Nikhef dragen onge-
tronica engineer Peter Jansweijer. zien. ‘Wat je wel ziet zijn heel verschil- Het grappige, zegt Kluit, is dat toen hij veer 14 personen bij aan het pro-
Toepassingen? White Rabbit is sinds lende karakters. Een specialist twintig jaar geleden begon, er ook sprake ject, zowel in Amsterdam als
dit jaar door het internationale krachtstroom denkt echt anders dan een was van (hij maakt aanhalingstekens in de Nijmegen. Op de foto elektronica
ingenieursverbond IEEE bestempeld digitale ontwerper. Maar je hebt verschei- lucht) “gecompliceerde systemen”. Kluit: engineer Frans Schreuder.
tot de internationale synchronisa- denheid nodig: knutselaars en denkers.’ ‘Alleen had je het toen over kasten of Toekomst? Na de volgende lange shut-
tiestandaard IEEE-1588 voor klokken. kamers vol elektrische schakelingen. Nu down van de LHC-versneller op CERN
Versneller-experimenten en grote Elektronica op maat zit dat allemaal piepklein op een enkele (2025-2027) wordt FELIX in gebruik
radiotelescopen hebben belangstel- Het werk van de afdeling, schetst hij, printplaat of zelfs in een enkele chip. genomen in ATLAS.
ling om detectoren ermee gelijk te draait allemaal om die specifieke eisen die Complexiteit die alleen nog te handlen is Fun fact? Een programma van meer
zetten. Bij Nikhef kun je denken aan de wereld van de deeltjesfysica met zijn met ontwerpsoftware. Een wereld die zijn dan 25 duizend regels in de computer-
de KM3NeT-detector in de hectische deeltjesbotsers en haast eigen gereedschappen en manieren van taal VHDL is nodig om de vereiste
Middellandse Zee en misschien de onvangbare signalen nu eenmaal aan elek- denken en ontwerpen vraagt.’ functionaliteit in de programmeer-
toekomstige Einstein Telescope. tronica stelt. Gesoldeerd wordt er nog maar zelden. bare FPGA-chip te realiseren.
Metrologische instituten bieden via ‘De experimenten in dit vak hebben heel Veel hedendaagse elektronica komt neer op
White Rabbit kopieën van hun atoom- andere omstandigheden en randvoor- het slim en effectief combineren van
klok aan voor onderzoek, en de finan- waarden dan elektronica in je TV, PC, auto bestaande basiscomponenten. Ontwerpers
ciële wereld is geïnteresseerd in of mobieltje. Stralingsniveau’s in versnel- kiezen uit een zee van mogelijkheden de
tijdgevoelige transacties. lerexperimenten die veel te hoog zijn voor juiste componenten, bouwen die samen, en
Fun fact? Niets is geheim aan White gewone commerciële elektronica. testen of het geheel de juiste functies ver-
Rabbit. Iedereen kan deze “open Warmte-ontwikkeling, waardoor speciale toont en aan de eisen van het experiment
hardware” gebruiken en er verder aan koeling nodig is.’ voldoet.
sleutelen en verbeteren, mits ook Kluit: ‘Elektronica voor dat soort hef- Centraal in heel veel van die ontwerpen
dat werk weer openbaar is. tige en onbereikbare plaatsen zul je zelf staat tegenwoordig programmeerbare hard-
moeten ontwerpen en bouwen of laten ware: digitale microchips waarvan de functie
bouwen. Die kun je niet zomaar kopen.’ naar believen kan worden gedefinieerd
Peter Jansweijer Frans Schreuder
8 9 Elektronica Technologie
SCIFI
SPIDR
◀ en ingesteld door de ontwerper. Op veel
printplaten is de platte vierkante chip
waarin dat gebeurt, een zogeheten FPGA
KM3NET (field programmable gate array) met het
formaat van een fikse postzegel, goed
herkenbaar.
Wat zien we? SPIDR circuit board Speciale software stelt de ontwerpers in
Wat doet het? Elektronisch uitleessys- staat de miljarden basisschakelingen in het
teem voor de signalen die komen van Wat zien we? SciFi masterboard silicium van zulke FPGA’s functioneel met
zogeheten pixeldetectoren: grote Wat doet het? Verbindingscentrum van elkaar te verbinden en de werking te simu-
chips met een raster van sensoren de op Nikhef geconstrueerde SciFi- leren. De ontwerper kan die onmogelijk nog
die als een camera passerende deel- modules in de LHCb-detector op CERN. allemaal zelf in korte tijd bedenken en
tjes registreren, bijvoorbeeld omdat Haalt lichtsignalen uit de lichtge- gebruikt een soort programmeertaal die de
ze een elektrische ontlading geven. vende sensoren op en zet ze om in computer vertaalt naar een fysiek netwerk
Haalt inmiddels datasnelheden van elektronische signalen. Stuurt tege- van logische basiscircuits. Voor eigen
160 Gbit per seconde. lijk de detectormodules elektronisch chips, bij de integrated circuits-ontwer-
Waar zit wat? Linksvoor de TimePix4 aan. pers, geldt dat nog sterker. En zelfs voor
ASIC sensor. Centraal onder het Waar zit wat? Het rode 16-laags circuit het efficiënt ontwerpen van de printplaten
blauw-zwarte koelblok de program- board verbindt alle 3304 componenten zijn nu computers en software nodig.
meerbare Xilinx ZYNQ FPGA-chip. van het masterboard. Dertien blokjes
Rechts een 10 Gbit/s optische bevatten alle voedingen, samen goed Bossen kabels
datalink. voor 55 watt. Acht chips achteraan En uiteindelijk zullen gespecialiseerde
Wiens werk? Nikhef speelt een rol in zetten de signalen om in optische fabrikanten de ontwerpen in tastbare
de wereldwijde Medipix-collaboratie. signalen. Rechtsvoor aansluitingen chips en printplaten omzetten. De print-
Op de foto engineer digitale elek- om de detector elektronisch te platen, zegt Kluit, vormen een wereld op
tronica Bas van der Heijden. besturen. zich waar verbindingen invloed hebben op
Toepassingen? De pixelchip-techno- Wat zien we? KM3NeT photomultiplier Toepassingen? KM3NeT gebruikt stan- Wiens werk? Wilco Vink (op de foto) de functionaliteit. ‘Ook daar heeft de ont-
logie kent veel toepassingen, onder tube (PMT) met base printplaat daard optische kabels, transceivers is sinds 1999 specialist digitale werpsoftware een enorme ontwikkeling
meer in de medische wereld of elek- Wat doet het? Verzamelt en transpor- en optische componenten uit de telecom- elektronica bij Nikhef en is doorgemaakt’, zegt Kluit.
tronenmicroscopie en in detectoren teert via glasvezels en slimme multi- wereld om een speciaal ontworpen betrokken bij de ingrijpende verbou- Elders in het gebouw heeft de
in de deeltjesfysica. Bijvoorbeeld plex-protocollen signalen van glasvezelnetwerk te bouwen. wing van de LHCb-detector, die Elektronicagroep een aantal labs waar de
in het antimaterie-experiment duizenden lichtdetectoren in hon- Fun fact? Om zeker te weten dat opti- nieuwe structuren, elektronica en systemen kunnen worden opgebouwd en
ASACUSA op CERN. derden glazen bollen die samen in de sche technieken over grote afstanden software vereist. doorgemeten en getest, samen met soft-
Fun fact? SPIDR is zo multifunctioneel diepzee de neutrinotelescoop KM3NeT doen wat ze moeten doen gebruiken Toepassingen? In totaal worden 256 ware en eventuele detectoronderdelen.
als een Zwitsers zakmes. Voor speci- vormen. Moet low power, onderhouds- ontwerpers bij tests in het lab tot readout-modules met in totaal 570 Overal knipperen daar leds, loeien koel-
fieke toepassingen volstaan meestal vrij, robuust en plug-and-play zijn. wel 80 transceivers tegelijk om alle elektronicaborden voor LHCb geprodu- ventilatoren en liggen bossen
eenvoudigere versies. Waar zit wat? De glazen buis is de PMT golflengten over klossen van soms wel ceerd door een industriële partij, netwerkkabels. Een goed ontwerp van
die licht in elektronen omzet. Het honderd kilometer glasvezel te die stuk voor stuk worden getest op tekentafel tot getest prototype vergt jaren
zilveren blokje op de PMT base sturen. CERN en Nikhef. werk van een heel team, verzekert Kluit.
levert de hoogspanning voor de buis. Fun fact? Nikhef houdt SciFi ook koel. Bijzonder daaraan is dat veel heden-
Schakelingen er omheen versterken en De elektronica op de kopse kant van daagse elektronische ontwerpen eigenlijk
digitaliseren het meetsignaal. de platen is geïntegreerd met een nooit echt af zijn. Er kan altijd nog iets ver-
Wiens werk? Antonio D’Amico (op de fijnmazig 3D-geprint koelelement, een beterd worden, of een nieuwe
foto), Paul Timmer en Jan-Willem speciaal Nikhef-ontwerp. functionaliteit toegevoegd in program-
Schmelling zijn design engineers bij meerbare logica, verouderde
Nikhef, die gespecialiseerd zijn in componenten raken op, of er zijn domweg
datanetwerken voor neutrinoprojecten betere. Maar vanzelf gaat een verbetering
als KM3NeT waarin Nikhef een nooit, zegt Kluit. ‘Soms zegt een onder-
hoofdrol heeft. zoeker tegen ons: als je het nou even zus
en zo doet. Maar zo werkt het echt niet.
Het woord “even” bestaat niet in betrouw-
bare elektronica op maat.’ ◀
Bas van der Heijden Antonio D’Amico Wilco Vink
11 Interview
Bij de openbare eindstemming in de een versneller met een omtrek van 100 voor aanpassingen. Er is nog geen tunnel,
CERN-raad, vrijdag 19 juni rond het mid- kilometer. Maar dat soort technologie de vereiste magneten voor zo’n hadronma-
daguur, voelde je een rilling door de moet nog worden ontwikkeld. Wat je kunt chine bestaan nog niet eens. Er is een idee
bijeenkomst gaan. ‘Hier en daar werd zelfs doen is diezelfde 100 kilometertunnel hoe we het beste verder kunnen gaan
wel een traantje weggepinkt’, zegt Nikhef- eerst gebruiken voor een elektronen- vanuit CERN, de LHC en de huidige
onderzoeker Eric Laenen, lid van de botser. Een stappenplan dus.’ natuurkunde.’
CERN-raad die die dag unaniem voor
stemde. ‘Er viel een last van mensen af. Er Maar de opvolger van de LHC komt Is de strategie eigenlijk veranderd ten
was opluchting. Twee jaar praten, schrijven, zeker op CERN in Genève? opzichte van de vorige versie, die zes
overleggen, herschrijven, masseren, best ‘Europa is wereldleider in de deeltjes- jaar geleden gemaakt is?
emotioneel soms en inspannend, en we fysica met dank aan de bindende rol van ‘Er zijn zeker verschuivingen. Het
waren er toch maar uitgekomen. Een mooi CERN. Met een eigen flagship machine kan higgsdeeltje is een prioriteit geworden.
moment, ook voor de deeltjesfysica.’ CERN die verbindende rol voortzetten. Dat Destijds was neutrinofysica een nieuw
Het is maar een kort document, de is goed voor de Europese wetenschap, en element, dat wordt nu al gedaan als
European Particle Physics Strategy ook voor de technische innovatie, of het ondersteuning voor neutrinofysica in de
Update. Hierin worden plannen voor de hoger en technisch onderwijs in Europa. VS en Japan. Daarnaast is er veel meer
middellange en lange termijn voor de En zelfs cultureel is dat belangrijk, CERN aandacht voor open science, en voor
De Strateeg
Europese deeltjesfysica uiteengezet. Het brengt historisch saamhorigheid, zelfs energie en milieu. Dat zijn geen mooie
gaat over toekomstige versnellers en tussen politieke vijanden.’ woorden, dat zijn vanaf nu vaste aan-
detectoren en de R&D die hiervoor nodig dachtspunten bij nieuwe projecten. Kan
is. Maar ook over de centrale rol van CERN Als er nog geen groen licht is voor zo’n het energieverbruik niet lager? Reizen we
in het deeltjesonderzoek, over perspectief reusachtige versneller, wat is er dan niet veel te veel heen en weer? En de
voor jonge onderzoekers, over milieu en wel? sociale component, zoals perspectieven
klimaatimpact. Ambitieus, noemen de ‘Een visie. Het begint nu met een haal- voor jonge onderzoekers en de aanslui-
auteurs hun werk zelf. baarheidsstudie van een FCC-versneller, ting bij technisch onderwijs.’
een Future Circular Collider in een tunnel
In juni publiceerden de In de media is de hele strategie-update van 100 kilometer. Wat kost zoiets? Is het Er wordt ook gewezen op
veelal samengevat als een plan voor technisch te doen? Welke technologie ont- de belangrijke rol van de
Europese deeltjesfysici een nieuwe superversneller op CERN. breekt nog? De R&D voor de noodzakelijke astrodeeltjesfysica.
Is dat terecht? technologie, wellicht met weer veel toe- ‘Het heelal versnelt deeltjes harder
hun nieuwe strategie ‘De update is een gebalanceerd docu- passingen, heeft een hoge prioriteit. Dat dan wij ooit kunnen. Maar je kunt niet zelf
ment, met meerdere onderwerpen en wordt de basis voor eventuele voorstellen aan de knoppen draaien. CERN, zeggen
voor de toekomst. invalshoeken. Het ligt in de rede dat de om uiteindelijk echt iets te gaan bouwen.’ veel landen, moet zich op versnellers
buitenwereld de gedachten over nieuwe concentreren. Het idee is daarom dat
Nikhef-theoreticus versnellers eruit pakt. Soms iets te stellig, En intussen denkt Japan na over astrodeeltjes toch meer een zaak van de
een lineaire elektronversneller
Eric Laenen schreef
want er is geen groen licht voor een 100 landen zelf zal blijven, maar er is veel
kilometer versneller in Genève, zoals som- als higgsfabriek. En overweegt steun voor samenwerken met astrodeel-
mige kranten schreven. Er is wel een visie China naar verluidt een eigen tjesfysica-experimenten via CERN
als Nederlandse op de beste weg voorwaarts voor de supercirkelversneller. middels technische expertise en
Europese deeltjesfysica. En een plan van ‘De update vertelt wat de Europese infrastructuur.
CERN-delegate aanpak om te kijken hoe dit te doen.’ deeltjesfysici denken dat er nodig is. Dat is
van wereldwijd belang. Maar we houden Wat betekent de nieuwe strategie
en lid van de Wat is die beste weg voorwaarts? nadrukkelijk deuren open en steunen waar eigenlijk voor Nederland?
‘Om te beginnen zal alles uit de LHC- nodig initiatieven. Niet voor niets hadden ‘Nikhef brengt in Nederland het deel-
European versneller geperst worden wat erin zit. Een we waarnemers uit Azië en Noord- en Zuid- tjesfysisch onderzoek bij elkaar, en veel
hoge prioriteit daarna is om het higgs- Amerika bij onze beraadslagingen. Maar daarvan heeft rechtstreeks te maken met
Strategy Group deeltje in verder detail te leren kennen. laat ik eerlijk zijn: wat anderen doen geeft het versnellerwerk in Genève en elders. Op
Daarvoor wil je liefst een versneller die onzekerheid en heeft het proces er de afge- hoofdlijnen sluit dit strategische plan aan
mee aan de puntdeeltjes als elektronen en positronen
laat botsen. Dat kan een nog grotere cir-
lopen twee jaar niet makkelijker op
gemaakt.’
bij de Nederlandse praktijk. Maar Nikhef
bepaalt zijn eigen strategie, en is intern
plannen. ‘Best kelversneller zijn of een lineaire versneller,
zoals in Japan wordt overwogen. En voor Is het eigenlijk niet wat vreemd
ook in gesprek over prioriteiten en de
koers. Ikzelf zou graag zien dat we ook een
emotioneel de verdere toekomst wil je naar een veel
hogere botsingsenergie, om nieuwe
om nu plannen te maken voor de
natuurkunde van over 40 tot zelfs 60
veel sterkere relatie bouwen met hbo en
mbo, technische opleidingen. CERN is een
soms.’ gebieden te verkennen.’ jaar?
‘Dit soort projecten vraagt echt heel
uitgelezen plek om de nieuwste tech-
nieken tegen te komen en ook mee te
Tekst: Martijn van En het plan van aanpak? veel tijd, dus je ontkomt niet aan plannen ontwikkelen. Het is niet alleen een pracht-
Calmthout ‘Het verre perspectief is een deeltjes- maken voor de verre toekomst. Maar tege- plek voor universiteiten. Het is een
Foto:
Bas Uterwijk
botser met protonen bij heel hoge energie, lijk is er nog heel veel flexibiliteit en ruimte walhalla voor technici.’ ◀
13 Reportage
Installatie Honderd meter onder de grond ploeteren
in een maanpak, met een mondmasker
op en drie lagen handschoenen aan. Zo
installeerde Nikhef-technicus Freek
Kuilman soms dagen kwijt was aan het weg-
halen van een extra laagje aluminium.
‘Zoiets hadden we nog nooit gedaan’, bekent
hij. ‘We hebben heel wat geëxperimenteerd
een vrij gevoelig pakketje.’ Door de corona-
maatregelen konden Nikhef-experts die
VELO goed kennen nu niet naar CERN
komen. Via een videoverbinding konden
met hulplijn
Sanders halverwege mei twee flinter- voor we deze precisie haalden. Nu kunnen engineers Martin Doets en Marco Kraan en
dunne detectorhouders in CERN’s we tot een kwart millimeter dun.’ fysicus Kazu Akiba toch meekijken en
antimateriejager LHCb. Made at Nikhef ‘Hoe dunner het metaal, hoe minder advies geven.
in een proces van jaren. Drie video- last onze deeltjes ervan hebben en hoe
conferencende collega’s hielpen beter de meetresultaten’, zegt Akiba. Tegenslag
Sanders tijdens de installatie over Daarom werden de folies bij aankomst in Die hulplijn bleek een slim idee.
onverwachte hobbels heen. CERN nog eens een tiende millimeter Halverwege de installatie moesten de
dunner geëtst, tot 150 micrometer: maar twee RF-folies aan een hijsframe met milli-
Waar is alle antimaterie gebleven? In twee haren dik. ‘Daar was ik in eerste meters speling in de omliggende tank
theorie moet er voor elk deeltje in het instantie niet zo blij mee’, herinnert zakken. ‘En toen’, verzucht Sanders,
heelal een spiegeldeeltje zijn met dezelfde Kuilman zich. ‘Er is toch een risico dat je ‘kwamen we erachter dat er ergens een
massa en omgekeerde lading. Maar dan door de wand heen gaat.’ lasnaad van een paar millimeter zat. Net
moeder natuur heeft een duidelijke favo- Het etsen ging voorspoedig, en in maart teveel om onze folies langs te laten.”
riet; anti-materie is er maar nauwelijks. stonden de dozen klaar voor installatie... Na overleg met het team in Amsterdam
CERN’s opgevoerde LHCb-experiment precies toen heel CERN in corona-lockdown werd besloten om de twee folies los te
moet helpen verklaren waarom. ‘De hoop’, ging. Tricky, want de dunne dozen met hun maken van hun starre hijsframe en ze iets
zegt technicus Freek Sanders, ‘is om zo speciale coating zijn kwetsbaar. ‘Alleen in in te duwen. Zo konden ze net langs de
inzicht te krijgen in natuurwetten die nog het vacuüm van de detector staan ze écht lasnaad. Riskant, want de folies mochten
niet in het Standaardmodel zitten.’ veilig’, peinst Akiba. Pas in mei kon de geen krassen oplopen. Ook met twee
‘Het verschil tussen materie en antima- installatie doorgaan. back-up folies was dat spannend.
terie is extra goed zichtbaar bij het verval ‘Dokter Bibber met een miljoenenspel’,
van het subatomaire beauty-quark’, legt Met mondkapje en irisscan huivert Sanders. ‘Ik wist: als ik dit verpest,
LHCb-fysicus Kazu Akiba van Nikhef uit. Voor hij de folies kan installeren, moet dan moet ik alles weer afmonteren en
Het LHCb-onderdeel VELO (de VErtex Freek Sanders eerst langs een irisscanner. boven in de cleanroom opnieuw in elkaar
LOcator) kan die beauties spotten in de zee Daarna de lift, 103,5 meter naar beneden zetten.’ Het ging goed, dankzij engelen-
van nieuwe deeltjes die ontstaan in de LHC- met maximaal twee mensen tegelijkertijd geduld. Weken later klinkt Sanders nog
versneller. Twee aluminium dozen van om veilig afstand te kunnen houden. steeds opgelucht: ‘Het moeilijkste was
minder dan een kwart millimeter dik Beneden is een tweede beveiligings- achter de rug.”
beschermen de detector tegen straling van poortje naar de machinekamer van LHCb.
de versneller en geleiden de radiofrequente Bovenop de standaard stralingsbe- Inregelen
RF-pulsen die de deeltjesbundel in vorm scherming hanteert CERN nu ook strenge Wanneer de LHC-versneller weer
houden. Nikhef freesde deze haardunne coronaregels. De installatie door Sanders opstart in 2021 of 2022, brengt LHCb de
RF boxes - ‘folies’, zeggen de technici - en en twee technici van CERN was een test antimaterie nauwkeuriger dan ooit in
verzorgde de installatie in LHCb. voor die nieuwe werkwijze: ‘We hadden kaart. Tegelijkertijd begint het VELO-team
mondkapjes, witte pakken, een helm en aan het ontwerp van RF-folies die drie keer
Maandenlang schaven drie lagen handschoenen om schoon en dunner zijn dan de bestaande set, om de
Onder inspirerende begeleiding van virusproof te werken - we leken wel bestudeerde deeltjes nog minder te ver-
fysicus Tjeerd Ketel maakte fijnmechanicus astronauten.’ strooien. ‘Eerst maar eens de
Willem Kuilman van Nikhef de VELO- De installatie van de RF-folies was detectormodules installeren en het hele
omhulling door nauwgezet blokken stressvol, bekent de technicus. ‘In elke systeem vacuüm pompen’, denkt fysicus
aluminium van 335 kg uit te frezen. Een folie zit een half jaar werk, plus vooronder- Kazu Akiba: ‘Deze installatie was een
proces van maanden per folie, waarbij zoek. Dat is een hoop energie en liefde in hoogtepunt in een lang, pittig project.’ ◀
Tekst: Gieljan de Vries / Foto’s: Marco Kraan, Marko Milovanovi
14 Mensen
Denken
aan
deeltjes
(en daar
Standaardkoffie
Menig deeltjesfan drinkt er
‘De uitdaging is
dagelijks zijn of haar
voorbij)
koffie uit: de koffiemok van
een mooi spel’
CERN met de hele deeltjes-
theorie in één simpele for-
mule samengevat. Maar wat
staat er eigenlijk? De ver- Naam: Melissa van Beekveld
gelijking is een zogeheten Geboren: 1992, Oss
Lagrangiaan, een elegante Functie: Oud-promovendus Radboud Universiteit /
manier om de energiehuis- Nikhef
houding van een deeltjes- Ik ben in mijn vrije tijd een bergwandelaar
Pen, papier, een schoolbord, systeem te noteren. De en zo ben ik ook wel een beetje als theore-
eerste regel formuleert de ticus. Onderweg doet alles pijn, maar je weet:
computers en elkaar: inbreng van de fundamentele als het volbracht is heb je een geweldig uit-
V.l.n.r. Robert Fleischer, Eleftheria Malami krachten, de sterke en zicht. De uitdaging is een mooi spel.
meer hebben theoretisch en Anders Rehult zwakke kernkracht en het Ik heb keihard aan mijn proefschrift
elektromagnetisme. De gewerkt, Myth busting precision physics. Over
natuurkundigen van Nikhef tweede regel geeft aan hoe manieren om fysica voorbij het
van verschijnselen. Soms door de oog- identieke families van telkens twee quarks deze krachten aangrijpen op Standaardmodel te herkennen.
niet nodig bij hun missie om de haren in zogeheten effective field theories. en twee leptonen. Plus het higgsdeeltje. de bouwstenen van de Ik wilde per se in vier jaar klaar zijn. Het
Soms juist doorgerekend tot in extreme Theoretici zijn gefascineerd door de samen- materie, de quarks en lep- voelt goed om zo’n project te kunnen
deeltjeswereld te doorgronden precisie. Metingen testen de theoretische hang en de symmetrieën binnen het model tonen. De derde regel ver- managen. Mijn proefschrift gaat eigenlijk over
voorspellingen. Verschijnselen vragen om van het universum. telt hoe de quarks en twee onderwerpen. Te dik misschien, het zijn
tot ver achter de komma. theoretische verklaringen. Die weer met leptonen massa krijgen. De bijna twee proefschriften.
metingen getest horen te worden. Het verhaal is niet af vierde regel vertelt hoe de Gelukkig heb ik het in september wel live
Zoiets vergt een doorlopende dialoog In grote lijnen werkt het Standaard- krachtdeeltjes in het model kunnen verdedigen. In beperkt gezelschap,
tussen de theoretici en de experimenta- model geweldig goed, er is geen via het higgsdeeltje hun vanwege corona. Maar ik wilde echt niet
toren. Wat kan er het beste gemeten experiment dat het faliekant tegen- massa krijgen. Vier regels online. Dat voelt niet serieus. Ik zou er niet
In het Spectrum, de centrale koffie- tisch natuurkundigen, van ervaren worden? Hoe wordt er gemeten? Wat is de spreekt. Toch weet elke fysicus dat het vatten een enorme wiskun- eens zenuwachtig bij zijn. Nu wel, ja.
kamer van Nikhef, hangt een groot stafleden tot postdocs, promovendi en verwachte uitkomst? En wat zegt de nooit het hele verhaal kan zijn. De zwaar- dige vergelijking samen, Ik ging ooit naar Nijmegen om de sterren-
schoolbord. Iemand heeft jaren geleden in masterstudenten. De voertaal is Engels, meting over de theorie? tekracht ontbreekt in de theorie, donkere die voluit maar net op een kunde, maar bij mijn bachelorstage koos ik
een hoekje met krijt een kunstige blauwe het gezelschap is zeer internationaal, van Tegelijk, zegt Fleischer ook, is de theorie- materie komt er niet in voor terwijl het vel schrijfpapier zou toch voor de hoge-energiefysica. Wel in de
vinvis getekend. Maar dat is bijzaak. Duits en Grieks tot Italiaans, Spaans, groep van Nikhef geen serviceafdeling heelal er vol mee zit. En waarom is er wel passen. De oplossingen van donkere materie, dus nog in de buurt van de
Zorgvuldig daar omheen staat het vol for- Kazachstaans en Nederlands. voor de experimentele groepen van het materie en nauwelijks antimaterie? deze vergelijking geven aan astrofysica. Dat project ging stiekem gewoon
mules, grafiekjes, deels weggeveegd en instituut. ‘Een theoriegroep heeft ook een De vraag is dus hoe de wereld voorbij hoe deeltjes zullen bewegen over supersymmetrie, uiteindelijk ook een
weer volgeschreven. Geregeld staan hier Leergierig heel eigen bestaansrecht. We stellen alge- het Standaardmodel eruitziet. Om die en kunnen veranderen. onderwerp in mijn proefschrift. Ik ben wat ze
twee- of drietallen die elkaar met een De groep onderhoudt ook nauwe banden menere vragen die voor een experiment vraag te beantwoorden speuren experi- noemen een fenomenoloog, een theoreticus
krijtje dingen voorrekenen, aanwijzen, en met theoretici elders in het land, van snel te ver voeren. Wij kijken van nature mentatoren naar nog onbekende deeltjes. De Standaardmok is te die steeds de relatie zoekt met de metingen.
net zo makkelijk weer uitwissen. Er wordt Nikhef en daarbuiten. Rechtstreeks en via graag naar de grote verbanden. Is het En theoretici zoeken aanwijzingen voor bestellen bij de shop van Wat dat betreft is Nikhef echt een geweldige
gepraat. Gezwegen. Nagedacht. Gezeten zomerscholen, colloquia, maandelijkse bij- effect dat we hier verwachten niet veel een betere theorie vooral in de fijne details CERN. plek, je loopt de trap af en treft er de
en weer opgestaan. Het krijtje gaat van eenkomsten, kleinschalige universeler? En als we hier iets zien, van het model. Het zogeheten zepto- experimentatoren.
hand tot hand. Wat denk jij? Ja maar. O nee. papers-and-cakes sessies. De atmosfeer in speelt dat dan elders ook door? In de universum op schalen van een miljardste Sinds 1 oktober werk en woon ik voor drie
Die schoolborden zijn er niet voor niks, de groep is nadrukkelijk open, vriendelijk, neutrinosector? In de oerknal?’ van een miljoenste meter. jaar in Oxford als postdoc. Aan verbeterde
zegt groepsleider Robert Fleischer van de leergierig. ‘Het is belangrijk om vrij je Het verbindende element is het zoge- ‘Precisie is ons belangrijkste instru- Monte Carlo-technieken, zeg maar de simula-
theoriegroep in een eigen gang op de derde gedachten te kunnen laten gaan en van noemde Standaardmodel van de ment’, zegt Fleischer. “Je denkt misschien ties die uitkomsten van experimenten
verdieping van Nikhef in Amsterdam. ‘We elkaar te leren’, zegt groepsleider Fleischer. deeltjesfysica, een elegante theorie die ver- dat meer cijfers achter de komma niet veel voorspellen. Overigens is alles in Nederland
willen gezien worden, als we aan het werk ‘Elke vraag of opmerking van ieder ander banden geeft tussen de drie basiskrachten toevoegen. Maar juist daar kan de invloed opgeven wel een grote beslissing, daar lig ik
zijn. Dat is belangrijk voor de relatie met de kan belangrijk zijn.’ in de deeltjeswereld: de sterke, zwakke en van nog onbekende deeltjes zichtbaar soms wakker van. Het hoort erbij, hoor. Maar
experimentele groepen op het instituut.’ Deeltjesfysica, benadrukt hij, is een elektromagnetische wisselwerking. Het worden, nog voor je ze echt in beeld hebt. of ik dat nog tien, vijftien jaar keer op keer ga
Fleischer leidt bij Nikhef nu ruim twee kunstig samenspel van theorie en experi- model kent zeventien bouwstenen: een Heel kleine afwijkingen kunnen enorm veel- doen, weet ik echt niet. Dat is de keerzijde van
jaar een groep van ongeveer dertig theore- ment. Theoretici maken beschrijvingen groep van vier krachtdeeltjes en drie haast zeggend zijn, en tot nieuwe ideeën leiden.’ ◀ de wetenschap.
Tekst: Martijn van Calmthout / Foto’s: Bas Uterwijk, Ronald Blinderman
16 Mensen 17
‘Meestal heb ik te
‘Een elegant ‘Nadenken veel ideeën’
Werken als een theoreticus is
model is fijner’ over je eigen wel iets dat je echt moet leren. Naam: Wouter Waalewijn
Dat gaat altijd ongeveer op
twist’ ‘Ik ben een soort
Geboren: 1982, Emmeloord
Naam: Marieke Postma dezelfde manier. Iemand houdt Functie: Universitair hoofddocent UvA / Nikhef
een verhaal of publiceert een Geduld is een belangrijke vereiste in de weten-
‘Ik werk graag wiskundetolk’
Geboren: 1974, Enschede
Functie: Staf theoriegroep Nikhef Naam: Solange Schrijnders van artikel dat je helemaal boven de schap. Ikzelf heb meer geduld met formules
Ik ben de enige kosmoloog binnen de theorie- pet gaat. Je rekent het net zo lang dan met apparaten. Dan is theorie je domein.
samen’
Velzen
groep van Nikhef. Maar raakvlakken met de Geboren: 1994, Almere na tot je het snapt. En dan pro- Naam: Michael Borinsky Ik ben van jongs af aan geïnteresseerd
deeltjesfysica zijn er genoeg. Daar wordt Functie: PhD-student theoriegroep beer je na te denken over je eigen Geboren: 1989, Neurenberg geweest in exacte vakken en had in 3 vwo
gewerkt aan modellen voorbij het Naam: Dr. Juan Rojo Nikhef twist in het verhaal. Functie:Postdoc theoriegroep Nikhef eigenlijk alle middelbare-school-wiskunde al
Standaardmodel. Ik probeer te bekijken wat Geboren: 1980, Barcelona Dingen die ik niet meteen Theoretische natuurkunde is Ik was zomerstudent op CERN toen daar gedaan. Daarna deed ik wiskunde en natuur-
zulke modellen doen met de geschiedenis van Functie: Staf theoriegroep Nikhef, universitair snap vind ik heerlijk. een vak waarvoor je veel alleen in 2012 de ontdekking van het higgsdeeltje kunde in Utrecht, een promotie op het
het heelal. Vooral vlak na de oerknal. Vragen hoofddocent VU Uitdagingen. Wat dat betreft is de moet zitten, werken en nadenken. bekend werd gemaakt. We sliepen de nacht superintense MIT, een postdoc in het zonnige
te over. Het onderscheid tussen experiment en theoriegroep wel een goeie plek. Maar tegelijk trekken we hier wel ervoor op de grond voor de deur van het audi- San Diego en kreeg ik daarna zowel op Nikhef
De aandacht voor het vroege heelal is theorie is een administratieve kwestie. We In het eerste jaar had ik vaak het echt veel met elkaar op. Dat kan in torium, anders zouden we zeker niet binnen als de UvA aanbiedingen.
eigenlijk heel natuurlijk voor de deeltjesfysica. zijn allemaal natuurkundigen. Maar er zijn gevoel dat ik er echt helemaal een relatief kleine groep. Ik weet komen. Fantastisch om mee te maken. Bij mij Ik werk nu voor de UVA maar ben veel op
We hebben experimenten met versnellers, natuurlijk wel verschillen. Experimentatoren niks van begreep. Inmiddels is dat ze in Utrecht verbaasd waren plantte dat het zaadje voor de deeltjesfysica. Nikhef, dat is een natuurlijke omgeving voor
zoals de LHC op CERN. Maar die gaan maar hebben meestal een heel helder doel: bouw het wel op zijn plek gevallen en dat ik op Nikhef als masterstudent Nikhef is mijn eerste postdoc-positie en mijn onderzoek. Tegelijkertijd is de Nikhef-
tot een bepaalde energie. Dan houdt het op. een detector en doe metingen. In de theoretische heb ik mijn eerste twee papers gewoon met de staf lunchte. daar ben ik heel blij mee. Er is hier een fijne groep niet te groot, dat geeft veel samenhang
Vlak na de oerknal heb je het over veel hogere natuurkunde moet je steeds oppassen om niet gepubliceerd. Hooguit ben ik nog Ik heb nu nog twee jaar. Of open cultuur voor nieuwkomers. Er is veel en interactie. Ik geef overigens wel graag les,
energie. Als er ergens voorbij het onderweg te verdwalen. een beetje het ukkie omdat ik nog mijn promotie leidt tot een leven steun, zowel professioneel als persoonlijk. Je ik houd van het moment dat je bij studenten
Standaardmodel iets gebeurde, was het toen. Ik werk graag samen met mensen en dan steeds de jongste PhD ben. in de theorie weet ik nu nog niet, hebt hier meesters in hun vak. En Amsterdam het licht ziet aangaan.
Ik was op school goed in natuurkunde, is vaak mijn rol ook om de boel bij elkaar te Ik heb een studie wiskunde over- ik maak nooit dat soort verre is ook nog een geweldige stad. “Door een Europese ERC-beurs heb ik een
maar vond het wel behoorlijk saai met gedoe houden en vooruit te komen. Dat is een wogen, maar had het gevoel dat plannen. Het hangt ervan af of ik Mijn onderzoek beweegt zich op het raak- eigen groep kunnen opzetten met promovendi
over blokjes die van een helling schuiven. kwestie van de juiste vraag en het juiste team. natuurkunde toch wat praktischer is. echt iets blijk te kunnen bijdragen. vlak van de natuurkunde en de wiskunde. en postdocs. Dat betekende de laatste jaren
Gelukkig had ik een broer die natuurkunde Kennelijk kan ik dat. Ik krijg dingen voor Tijdens mijn masterstudie in Anders moet je misschien toch Buitenstaanders denken dat theoretici eigen- zoveel begeleiding en coördinatie dat ik niet
studeerde en die me vertelde over opwin- elkaar. Mijn energie daarbij komt uit mijn Utrecht gaf Eric Laenen van iets anders gaan doen. lijk wiskundigen zijn. Dat is niet echt zo. Er is heel veel aan eigen werk ben toegekomen.
dender dingen als quantumtheorie en plezier in het werk. Het voelt als een groot Nikhef les over deeltjes en velden Ik kan me best voorstellen dat wel overlap, maar ze spreken in de praktijk Tien jaar geleden deed ik het liefst alles
relativiteit. Ik begon destijds bij sterrenkunde, voorrecht om steeds meer over het universum en ik vond het meteen geweldig. ik voor een bedrijf zou gaan nauwelijks dezelfde taal. Wiskundigen zijn zelf, elke formule in een paper had ik ook zelf
maar wilde al snel veel meer theorie dan ze te leren. Dat maakt me elke dag blij. Juist vanwege alle wiskunde. En werken. Wat? Ik zoek altijd het vaak formeel, fysici veel pragmatischer: als doorgerekend, elk plotje had ik zelf gemaakt.
daar bieden. Niet alleen vragen maar ook ant- Theorie is vaak hard werken maar dat valt dat gaat me nu eenmaal gemak- randje. Routinewerk is aan mij iets werkt is het wel goed genoeg. Dat is niet meer zo. Nu gaat het meer om de
woorden. Dat heeft me van Amsterdam, naar me niet zo zwaar. Wat zwaarder is, zijn de kelijk af. niet besteed. Ik werp me eigenlijk op als een soort tolk. Ik ideeën. Ik heb meestal te veel ideeën en praat
Los Angeles, Triëst en uiteindelijk Nikhef sociale aspecten. Als jonge onderzoeker probeer te zien hoe nieuwe ontwikkelingen in veel met mensen om de zinnige eruit te halen.
gebracht. Je zwerft veel als jonge theoreticus, steeds verhuizen, ingewikkelde toestanden de wiskunde de fysica kunnen helpen. En ook Ik werk vooral aan zogeheten jets: stralen
een leuke tijd maar er komt een moment dat je met relaties, geen huis, geen kinderen. Dat is omgekeerd hoe theoretische fysica de wis- van deeltjes die bij botsingsexperimenten ont-
dat toch zat bent. nu anders, we zijn thuis in Nederland. Maar kunde kan helpen. staan. Dat zijn eigenlijk heel gekke objecten.
Ik beweeg nu een beetje tussen de deeltjes- het is een tijdlang intens geweest. In principe kunnen we deeltjesprocessen tot Deeltjes als elektronen of fotonen kun je aan-
fysica en de kosmologie in. Deeltjesfysici heb Ik werk het liefst bottom-up: welke hints ver achter de komma berekenen, maar in de wijzen en volgen. Maar wat is een handige
je op Nikhef zelf. En voor bijvoorbeeld de geven de data? Welke ideeën kun je daaruit praktijk vraagt het enorm veel rekentijd, en beschrijving van een sproeier? Wat hoort er
journal club van de UvA-kosmologen hoeft ik opvissen? In mijn geval met een focus op het komen we dan gewoon nog niet ver genoeg. wel bij en wat niet? Hoe doe je daar nauwkeu-
hier op het Amsterdam Science Park toch proton: hoe is dat gebouwd uit quarks en Bovendien is al dat computerrekenen slecht rige berekeningen aan?
alleen even de straat over. gluonen? voor het milieu. Ik denk dat het met slimme Ons werk kan implicaties hebben voor
Schoonheid is belangrijk in de theorie. Het Of ik optimistisch ben over nieuwe deel- wiskundige trucs allemaal veel efficiënter kan. experimenten, bijvoorbeeld op CERN.
werkt lekkerder aan een elegant model dan tjeswerelden? Ik weet dat oprecht niet. Het Het einde van mijn postdoc komt nu in Communicatie met de experimenten is
aan iets krakkemikkigs. Maar uiteindelijk kan best dat de natuur niet nog meer deeltjes zicht. Ik heb wel wat dingen op het oog, belangrijk om op de hoogte te blijven van de
beslist de werkelijkheid wat er waar is. heeft. Wie daarover teleurgesteld is, stelde de postdoc of misschien vast. Wat het ook wordt, ontwikkelingen. Tegelijkertijd hebben we als
Misschien is de wereld niet elegant, dat kan verkeerde vraag. Het enige wat wij kunnen is dit najaar gaat solliciteren een hoop van mijn theoretici ook onze eigen uitdagingen om mee
natuurlijk best. kijken en leren hoe het echt zit. tijd kosten, dat weet ik nu al. te worstelen.
19 Onderzoek
Nijmegen,
Nederland
Nikhef
Kosmische
deeltjes
Visualisatie van een deeltjeslawine
boven de Auger-detector
‘Met die informatie kunnen we de Monteren op de pampa
spotten op
samenstelling van de deeltjeslawine ach- Dat de antennes simpel te monteren en
terhalen’, voegt postdoc-onderzoeker Ugo robuust zijn, is belangrijk, vanwege de
Giaccari toe. ‘En die informatie vertelt ons omstandigheden in Argentinië. ‘Het is er
welk kosmisch deeltje die lawine veroor- droog en het kan extreem hard waaien.
AUGER zaakt heeft. We weten bijvoorbeeld dat Omdat het gebied op 1.400 meter hoogte
de pampa
ijzeratoomkernen meer muonen produ- en dichtbij de evenaar ligt, is de uv-stra-
Malargüe,
Argentinië ceren dan sommige andere atoomkernen.’ ling van de zon bovendien sterk’, vertelt
Hörandel. ‘De materialen moeten daar
0 100km Ronde radioantennes tegen bestand zijn.’
De radioantennes vormen het tweede Als het regent zijn bepaalde gedeeltes
deel van de upgrade, en zij zijn de reden van het observatorium onbereikbaar en
dat Nederland in 2005 betrokken raakte ook als het droog is, is het lastig. ‘De wei-
Op het uitgestrekte grasland van de betrokken zijn en dus bijdroegen aan de extreem energetische deeltjes zien we er De deeltjesdetectoren, waarmee de bij het Auger-observatorium. nige wegen die er zijn, zijn onverhard’,
pampa in Argentinië staan ruim 1.600 eerste investering. maar één per vierkante kilometer per eeuw. inkomende deeltjes uit de deeltjeslawine ‘De radioantennes meten de radiostra- vertelt Timmermans. ‘En er zijn struiken
detectoren verspreid over een gebied Daarom hebben we een observatorium van beter van elkaar onderscheiden kunnen ling die de deeltjes in de lawines met grote doornen. Als die in je auto-
ter grootte van de provincie Zuid- Deeltjeslawines detecteren 3.000 vierkante kilometer.’ worden, zijn mede-ontwikkeld door engi- uitzenden’, vertelt promovendus Bjarni banden komen – en dat gebeurt – dan zijn
Holland. Dit is het Pierre Het observatorium bestaat uit 1.600 ‘Zeer waarschijnlijk zijn de hoogenergeti- neers van Nikhef en de RU. Van de ruim Pont van de RU. ‘Ze meten op die manier ze plat. Het enige wat je dan kan doen is
Auger-observatorium voor kosmische watertanks met elk drie lichtsensoren, ver- sche kosmische deeltjes atoomkernen, 1.500 detectoren zijn er 180 gebouwd in de ongeveer hetzelfde signaal als de deel- met je radiotelefoon het hoofdgebouw
straling. Hiermee speurt een internatio- spreid over een oppervlak van 3.000 vooral van waterstof, koolstof, zuurstof, kelder van de RU. De overige detectoren tjesdetectoren, maar die liggen plat, vragen om een taxi te bellen om je, met je
nale onderzoeksgroep, inclusief vierkante kilometer. Zodra er een hoogener- stikstof en ijzer’, zegt Charles Timmermans, worden elders in Europa gebouwd. In bovenop de watertank, waardoor ze kapotte banden, naar een garage te
wetenschappers van Nikhef in Nijmegen, getisch kosmisch deeltje op een zuurstof- of onderzoeker bij de RU. ‘Maar het is lastig om december 2019 zijn de laatste lawines die van de zijkant komen niet brengen. Of je loopt naar een nabijgelegen
naar de oorsprong van ultrahoogenerge- stikstofatoom in de atmosfeer knalt, ont- uit de restanten van de deeltjeslawine in Nederlandse deeltjesdetectoren afgele- registreren. Met de radioantennes erbij weg en probeert een lift te krijgen.’
tische kosmische deeltjes die uit het staat er een lawine van miljarden secundaire onze detectors af te leiden welke deeltjes verd in Argentinië. kunnen we meer en meer verschillende De upgrade van het observatorium is
heelal op ons af komen suizen. energierijke deeltjes. Een deel daarvan het precies zijn. Het doel van de nieuwe Er zijn inmiddels al bijna achthonderd deeltjeslawines gaan meten.’ dus een flinke klus. ‘Maar als we straks
bereikt het aardoppervlak. Als geladen detectoren, die tijdens de upgrade toege- deeltjesdetectoren geïnstalleerd op de De ontwikkeling van de antennes heeft data hebben van de oude en de nieuwe
In 2019 bestond het Argentijnse obser- deeltjes uit die lawine in een van de water- voegd worden aan het Auger-observatorium, Auger-watertanks. Met tachtig daarvan verschillende stadia doorgemaakt. Drie meettechnieken, dan wordt het mogelijk
vatorium twintig jaar. Maar de detectoren tanks terechtkomen, zenden ze daar, door is uitzoeken welke atoomkernen er precies zijn inmiddels de eerste tests gedaan. ‘Ze prototypes die daaruit voortgekomen zijn, om de deeltjeslawines veel beter te
gaan nog lang niet met pensioen. In tegen- hun hoge snelheid, een klein beetje licht uit op de atmosfeer botsen.’ RU-hoogleraar lijken naar verwachting te werken’, vertelt staan op het dak van het hoofdgebouw van begrijpen’, vertelt postdoc-onderzoeker
deel, ze krijgen een upgrade. ‘We willen dat geregistreerd wordt door lichtsensoren Sijbrand de Jong, programmaleider kosmi- promovendus Mart Pothast van de RU. Met de Faculteit der Natuurwetenschappen, Rafael Alves Batista, die werkt aan de the-
nog zeker tien jaar meten’, zegt hoogleraar in de tank. Met meerdere van deze metingen sche stralingsonderzoek voegt toe: ‘Kennis deze extra detectorlaag kunnen straks Wiskunde en Informatica van de RU. Het oretische kant van het Auger-onderzoek.
Jörg Hörandel, van de Nikhef-groep bij de kan de vorm en energie van de deeltjesla- over de deeltjes leidt ons naar hun bronnen elektronen uit de deeltjeslawines onder- eerste ontwerp is een stalen constructie ‘Dankzij het Auger-observatorium weten
Radboud Universiteit (RU) in Nijmegen. ‘De wine gereconstrueerd worden om zo te en naar begrip van de ultrahoogenergetische scheiden worden van hun zwaardere waarvan de vorm het meest doet denken we bijvoorbeeld sinds 2017 dat de hoog-
natuur stelt ons voor een uitdaging en om bepalen met welke energie het kosmisch botsingen in de atmosfeer.’ broertjes, de muonen. aan een kerstboom. ‘Die bleek te complex energetische deeltjes van buiten de
die op te lossen hebben we meer en betere deeltje op de atmosfeer knalde en uit welke ‘Muonen laten in de deeltjesdetector en voor het vervoer naar en de installatie op Melkweg komen. Met de upgrade hopen
metingen nodig.’ richting het kwam. Mede ontwikkeld door Nikhef de watertank een vergelijkbaar signaal de pampa in Argentinië’, vertelt promo- we te achterhalen waar in het universum
De Nederlandse Auger-groep, die sinds Het totale observatorium meet een paar De upgrade bestaat uit twee onder- achter’, vertelt Pothast. ‘Elektronen vendus Fabrizia Canfora. De tweede versie ze precies vandaan komen, hoe ze gepro-
2005 bij het project betrokken is, speelt van die deeltjeslawines per uur. Heel af en delen die aan de huidige watertanks hebben daarentegen vaak minder energie is wat eenvoudiger; die bestaat uit duceerd worden en hoe ze zoveel energie
een belangrijke rol bij de upgrade. toe wordt de lawine van een extreem ener- bevestigd worden: radioantennes, die in dan muonen en worden afgeremd in de metalen buizen in twee gekruiste vlinder- krijgen.’
Zeventien landen zijn onderdeel van het getisch kosmisch deeltje gemeten. ‘Het is Nederland ontwikkeld zijn, en dunne deel- watertank. Daardoor geven ze in de water- vormen. Het meest recente prototype, dat ‘Voor het onderzoek naar kosmische
Auger-observatorium. Nederland levert nog een raadsel waar die deeltjes vandaan tjesdetectoren, die in een grote platte tank een zwakker signaal dan in de bestaat uit twee cirkelvormen, is het deeltjes heb je veel geduld nodig’, zegt
met 26 procent de grootste bijdrage. komen en welke objecten in het universum doos bovenop de tanks komen. Eind 2021 detector. Zo maakt de upgrade het moge- gemakkelijkst te monteren en zal binnen- Galea. ‘Je moet jarenlang metingen doen
Daarbij moet opgemerkt worden dat de ze zoveel energie meegeven’, vertelt onder- moeten alle watertanks voorzien zijn van lijk om elektronen en muonen van elkaar kort op grote schaal geproduceerd worden voordat je een dataset hebt die groot genoeg
meeste landen al langer bij het project zoeker Cristina Galea van de RU. ‘Van die deze twee nieuwe onderdelen. te onderscheiden.’ voor het observatorium. is om ontdekkingen mee te doen.’ ◀
Tekst: Dorine Schenk / Foto’s en illustraties: Pierre Auger Observatory en Thijs Balder20 In beeld 21
Twee H
et oogt een beetje als een scène uit Dat verval, vaak afgekort als Hmumu, is higgsdeeltje een vijftig jaar oude theorie
veelzeggende
een videogame. Higgs: the new gen- een zeldzaam proces. Minder dan een op van Peter Higgs en anderen dat het uni-
eration zou die kunnen heten. Maar de vijfduizend higgsdeeltjes zal op die versum doortrokken is van een speciaal
dit is geen game. Het is een grafische manier vervallen. Maar na jaren meten veld: het higgsveld. Een universele invloed
weergave van een bijzondere meting in de heeft het ATLAS-team nu toch genoeg van die deeltjes dicteert wat hun massa is.
ATLAS-detector in Genève. De zulke gebeurtenissen uit alle botsingen Maar is er één higgsveld dat alle deel-
muonen
hoofdelementen van deze reusachtige gevist om voorzichtige conclusies te tjes in het universum hun massa
meetmachinerie op CERN kunnen we nog kunnen trekken. Voorzichtig, want niet elk influistert? Of werkt de natuur misschien
net schetsmatig onderscheiden. Een deel tweetal muonen komt uit een higgsdeeltje. toch ingewikkelder?
daarvan is door Nikhef gebouwd. Maar Afgelopen zomer was het verval van Dat is minder vergezocht dan het lijkt.
alles draait om de explosie van botsende higgs naar twee muonen een van de De deeltjeswereld heeft een opmerkelijke
protonen daarbinnen. belangrijkste resultaten van de ICHEP- familiestructuur. Er is het minimale gezin-
Twee protonen uit de LHC-versneller conferentie, een tweejaarlijks deeltjesfeest netje rond het elektron, met twee soorten
Tekst: Martijn van Calmthout / Illustratie: ATLAS zijn net snoeihard op elkaar gebotst en met duizenden deelnemers. Die bijeen- quarks waaruit alle kerndeeltjes en het
hebben een regen van deeltjes losgelaten. komst zou normaal in Praag zijn gehouden, gehele bekende universum zijn gebouwd.
Twee sectoren van de omliggende maar dat werd online vanwege de corona- Plus een neutrino.
detector hebben elk een muon zien weg- pandemie. De opwinding was er echter niet Maar er zijn nog twee gezinnen. Dat
vliegen, een zwaardere dubbelganger van minder om. Hier werd echt een nieuw rond het muon, een kopie van het elektron
het elektron. Wanneer de meetpunten hoofdstuk in de natuurkunde geschreven. maar 200 maal zwaarder. En het gezin van
verbonden worden en de banen van die In alle eerlijkheid geen onverwacht het tau-deeltje, ook elektronachtig maar
muonen als rode lijnen worden ingete- nieuw hoofdstuk, in theorie werd dit resul- dan 3500 keer zwaarder.
kend, blijken ze uit precies hetzelfde punt taat wel verwacht. Maar dat Moeder Spreekt het higgsveld deze drie
te komen. Natuur zich naar onze ideeën gedraagt, gezinnen (fysici hebben het liever over
En dat is iets waar deeltjesfysici al betekent nog steeds veel in de deeltjesgeneraties) op precies dezelfde
tijden naar op zoek zijn. De eventdisplay natuurkunde. manier aan? Als dat niet zo is, zouden er
met de twee rode lijnen is een prachtvoor- Dat nieuwe hoofdstuk draait om het meerdere soorten higgsdeeltjes kunnen
beeld van een higgsdeeltje dat in twee bestaan van massa in de deeltjeswereld. bestaan. Die misschien wel elk naar hun
muonen uiteenvalt. In 2012 bewees de ontdekking van het eigen generatie deeltjes vervallen.
In theorie kan er veel. Uiteindelijk komt
het op waarnemen aan.
In 2012 werd het bestaan aangetoond
van het higgsdeeltje en dus van een higgs-
veld. Maar of zo’n veld overal precies
hetzelfde werkt was nog niet te zien. Dat
wordt sinds deze zomer, en na jaren stug
doormeten, nu ook duidelijker.
Onderzoekers van Nikhef zijn nauw
betrokken bij de nieuwe analyses.
Eerder was al gezien dat higgsdeeltjes
nu en dan uiteenvallen in tau-deeltjes en
hun familieleden, de zwaarste generatie.
Dat was het eerste harde bewijs dat mate-
riedeeltjes hun massa via het
higgsmechanisme ingefluisterd krijgen.
Met het verval naar muonen begint duide-
lijk te worden dat ook de middelste
generatie van de deeltjesfamilie naar het-
zelfde higgsveld luistert.
Het zoeken is nu naar higgsdeeltjes die
naar elektronen vervallen, de lichtste
generatie, die in de wirwar van botsings-
producten uiterst lastig te vinden zijn.
Intussen speuren onderzoekers van ATLAS
ook naar signalen waarin de quarks uit de
tweede generatie te zien zijn in het spel
met het higgsdeeltje. Twee charm-quarks
bijvoorbeeld. Nog zeldzamer. Nog
spannender. ◀Vous pouvez aussi lire
