FemtoFysica: enorme machines, hoge energie, en mini deeltjes

• Frederik Van Der Veken (CERN)

In de deeltjesfysica gaat alles in superlatieven. Het beste voorbeeld hiervan is natuurlijk de LHC aan het CERN, een machine van 27km groot, in staat om duizelingwekkende energieën te bereiken, op zoek naar de allerkleinste deeltjes. Maar waarom? En hoe werkt dit eigenlijk? Laat ons dat samen verkennen!

CMS Virtuele rondleiding

• Filip Moortgat (CERN)
• Jan Eysermans (Massachusetts Inst. of Technology (US))

De Compact Muon Solenoid (CMS) is een van de grote detectoren aan de Large Hadron Collider (LHC). Het heeft een breed natuurkundig programma, variërend van het bestuderen van het standaardmodel (inclusief het Higgs-deeltje) tot het zoeken naar extra dimensies en deeltjes waaruit donkere materie zou kunnen bestaan. Hoewel het dezelfde wetenschappelijke doelen heeft als de ATLAS detector, gebruikt het andere technische oplossingen en een ander ontwerp van het magneetsysteem. De CMS-detector is gebouwd rond een enorme magneet. Dit heeft de vorm van een cilindrische spoel van supergeleidende kabel die een veld van 4 tesla genereert, ongeveer 100.000 keer het magnetische veld van de aarde. Het veld wordt begrensd door een stalen "juk" dat het grootste deel van het gewicht van 14.000 ton van de detector vormt. Een ongebruikelijk kenmerk van de CMS-detector is dat hij niet in-situ werd gebouwd zoals de andere gigantische detectoren van de LHC-experimenten, maar in 15 secties op grondniveau werd gebouwd voordat hij in een ondergrondse grot in de buurt van Cessy in Frankrijk werd neergelaten en weer in elkaar werd gezet. De complete detector is 21 meter lang, 15 meter breed en 15 meter hoog. Het CMS-experiment is een van de grootste internationale wetenschappelijke samenwerkingen in de geschiedenis, met 4000 deeltjesfysici, ingenieurs, technici, studenten en ondersteunend personeel van 200 instituten in 50 landen.

CERN: zoveel meer dan het Higgs-deeltje

• Dirk D E Ryckbosch (Ghent University (BE))

Na de ontdekking van het Higgs-deeltje, bijna 10 jaar geleden, leek het voor de buitenwereld alsof de bestaansreden voor LHC verdwenen was. Niets is minder waar. We gaan op wandeltocht door de rijkdom aan experimenten en ontdekkingen die CERN maken tot wat het is: het belangrijkste laboratorium ter wereld voor onderzoek naar de fundamenten van de materie.

ISOLDE Virtuele rondleiding

• Thomas Elias Cocolios (KU Leuven - IKS)
• Sarina Geldhof (KU Leuven (BE))

De Isotope Mass Separator On-Line Facility (ISOLDE) is een unieke bron van laagenergetische bundels van radioactieve nucliden, die met te veel of te weinig neutronen om stabiel te zijn. De faciliteit vervult in feite de oude alchemistische droom om het ene element in het andere te veranderen. Het maakt de studie mogelijk van het uitgestrekte gebied van atoomkernen, inclusief de meest exotische soorten. De protonenbundel van 1,4 GeV van de Proton Synchrotron Booster (PSB) wordt gericht op speciaal ontwikkelde dikke doelen, wat een grote verscheidenheid aan atoomfragmenten oplevert. Verschillende apparaten worden gebruikt om kernen te ioniseren, te extraheren en te scheiden op basis van hun massa, waardoor een energiezuinige straal wordt gevormd die aan verschillende experimentele stations wordt afgeleverd. Deze bundel kan verder worden versneld, waardoor verschillende kernreactiestudies mogelijk zijn. Een nieuwere lineaire versneller HIE-ISOLDE begon met de bouw in 2015, versnelde de bundels tot 4,5 MeV/nucleon in 2016 en daarna bijna 10 MeV/nucleon wanneer deze in 2018 voltooid was. HIE-ISOLDE-bundels worden naar drie experimentele stations gestuurd: een reeks hoge zuiverheid germanium detectoren bekend als Miniball, de ISOLDE Solenoid Spectrometer, die een voormalige MRI-magneet en een derde bundellijn gebruikt waar een grote vacuümkamer wordt gebruikt voor verstrooiingsexperimenten. De ISOLDE-faciliteit heeft unieke expertise verzameld in onderzoek met radioactieve stralen. Meer dan 1300 isotopen van meer dan 70 elementen zijn gebruikt in een breed scala van onderzoeksdomeinen, van geavanceerde nucleaire structuurstudies, via atoomfysica, nucleaire astrofysica, fundamentele interacties, tot vaste stof en biowetenschappen. Bij ISOLDE zijn bijna 1000 onderzoekers actief, die aan zo'n 90 experimenten werken. Jaarlijks verzamelen ongeveer 50 experimenten gegevens.