Tot de zomer van 2021 ligt de LHC-versneller stil voor reparaties en verbeteringen. De deeltjesexperimenten op CERN werken tegelijk koortsachtig aan hun eigen aanpassingen. De ALICE-detector is al haast klaar, maar gebruikt alle tijd voor tests van haar nieuwe hart.
De kenmerkende dieprode halfronde deuren van de ALICE-detector op CERN staan al sinds begin 2019 open en waar tot die tijd een wirwar van elektronica, kabels en detectoren rond de LHC-bundelpijp zat, gaapt sindsdien een groot gat.
ALICE, zegt Nikhef-groepsleider Raimond Snellings, wacht zestig meter ondergronds geduldig op een nieuw hart. Een hart dat, benadrukt hij, prachtig op schema ook echt in de maakt is. Met een belangrijke bijdrage vanuit Nikhef.
ALICE is een buitenbeentje tussen de detectoren op CERN in de LHC-versneller. Het reusachtige apparaat is speciaal toegerust op het waarnemen van botsende zware atoomkernen, lood bijvoorbeeld. Daarbij ontstaat een zogeheten quark-gluonplasma, het materiaal dat ook kort na de oerknal het heelal moet hebben gevuld. ALICE kan de deeltjesprocessen die daarbij optreden bekijken en analyseren, en is door de verderlichte vooral goed in laagenergetische deeltjes.
Eén van de belangrijke componenten in de nieuwe ALICE-detector is ITS, een nieuwe silicium binnendetector die extreem dichtbij de botsingsprocessen al begint om daarvan niets te missen. Daarbij zijn de sensoren en de elektronica met de ondermeer door Nikhef ontworpen MAPS-technologie op dezelfde chip samengebracht om zo min mogelijk materiaal te hebben dat waarnemingen in de weg zit.
En om meer data sneller te kunnen verstouwen. Als over een paar jaar de LHC-versneller in de high-luminosity modus een nog tienmaal intensere bundel gaat leven wil ALICE ongeveer honderd keer zoveel botsingen kunnen registreren als tot nog toe.
In de speurtocht naar zeldzame effecten kunnen alleen veel metingen voldoende statistiek geven. De detector en alles erachter miet daartoe minimaal honderd keer zo snel zijn.
ITS wordt momenteel verder samengebouwd in een hal op de hoofdvestiging Meyrin van CERN. Zeven concentrische schillen vol sensoren, een high-tech plug van een meter doorsnee en anderhalve meter lang, voorzien van alle elektronische aansluitingen en koelleidingen om de warmte af te kunnen voeren. Goudblinkend liggen ze in het lab voor tests.
Van die zeven schillen bouwde Nikhef in Amsterdam een deel van laag 6 en 7. De silicium sensorchips, die oplichten als er deeltjes doorheen vliegen, zijn op lange vederlichte koolstofvezel brugdelen samengebracht als de duigen van een ton. Staves noemen de ALICE-ontwerpers ze niet voor niets. Ook de VS, Engeland en Italië zijn er honderden van zulke duigen gebouwd.
Alles in de constructie is gericht op een minimaal materiaalgebruik, zegt Snellings (zelf hoogleraar in Utrecht). ‘Het liefst wil je de sensoren vrij in de lucht hangen. Dat kan natuurlijk niet, maar we komen in de buurt.’
De halve schillen van de ITS zijn inmiddels allemaal afgemonteerd en worden nu in Genève aan duurtests onderworpen. Daarbij zijn post-doc Ivan Ravasenga en promovena Dimitra Andreou van Nikhef betrokken.
Eind 2019 zijn de laatste Amsterdamse staves vanuit de werkplaats op Nikhef naar Genève getransporteerd. De huidige periode is relatief kalm, zegt Snellings. ‘ITS is een project dat voor ons al in 2012 begon met vijf jaar R&D en ontwerpen. Vanaf 2017 zijn de staves gebouwd, en nu ook in Genève ingebouwd.’
Volgens plan komt de LHC-versneller zomer 2021 weer in bedrijf. Dan moet ALICE met de deuren dicht klaar zijn om deeltjes te detecteren. Eerst van botsende snelle protonen, zoals de drie andere detectoren op CERN. En in december 2021 botsend loodatomen, de oerknalprocessen waarvoor de detector echt gebouwd is.
In principe is ITS nu al haast klaar om naar ALICE in de LHC-tunnel op locatie St. Genis-Pouilly in Frankrijk te laten zakken. Maar daar is nog even geen haast bij, zegt Snellings kalm. ‘We zijn niet in tijdnood, maar willen alle tijd die we nog krijgen gebruiken voor tests en om de detector echt heel goed te begrijpen. Alles wat we nu leren, levert later betere analyses op.’
Dit is de vierde aflevering van een korte serie wekelijkse berichten over de huidige Nikhef-werkzaamheden aan upgrade-projecten op CERN en elders. Volgende week deel 5 en slot: Een geknepen laserbundel voor gravitatiegolfjager Virgo.
