ATLAS

Bekende en onbekende deeltjes

Het ATLAS-onderzoeksprogramma van Nikhef bundelt de Nederlandse inbreng in het ATLAS-experiment op CERN. Onderzoekers analyseren de metingen en werken mee aan verbeteringen en vernieuwing van de detector. ATLAS bestudeert talloze aspecten van de deeltjeswereld.

Wat is ATLAS?

De ATLAS-groep bij Nikhef werkt met de ATLAS-detector op CERN, een van de vier grote deeltjesdetectoren in de LHC-versneller, die in 2010 in bedrijf kwam. Nikhef is een van de deelnemers aan dit internationale experiment met ongeveer 3000 wetenschappers uit tientallen landen. ATLAS ontdekte in 2012 samen met het concurrerende CMS-experiment op CERN het lang gezochte higgsdeeltje.

ATLAS is een universele detector, ontworpen om een volledig beeld te geven van de hoog-energetische botsingen van protonen in de LHC-versneller. De meetgegevens worden gebruikt in talloze studies van de deeltjesprocessen op de kleinste schalen. De detector ligt ongeveer 100 meter onder de grond op het CERN-hoofdterrein in Zwitserland, is zo groot als het Paleis op de Dam in Amsterdam en weegt circa 7000 ton.

Bij de proton-protonbotsingen in de LHC komen talloze nieuwe deeltjes vrij, waarvan de detector de sporen vastlegt. ATLAS is opgebouwd uit detectielagen voor die als schillen om elkaar heen liggen rond de LHC-bundel. In totaal zijn er zo’n 150 miljoen meetelementen, waarvan de gegevens elektronisch live worden uitgelezen, geselecteerd en vastgelegd in computernetwerken voor analyses achteraf. Datastromen zijn hier enorm.

ATLAS-groepen in de hele wereld analyseren deze data en proberen die theoretisch te interpreteren.

De komende jaren wordt de LHC-versneller op CERN vernieuwd naar een machine met tienmaal zo intense protonenbundels. Deze HL-LHC moet veel meer meetgegevens gaan leveren, waardoor ook zeldzame of zwakke signalen in beeld kunnen komen.

Wat onderzoekt ATLAS?

Wetenschappers van de ATLAS-samenwerking bestuderen de natuur op de allerkleinste afstandsschalen, waar de materie uit elementaire deeltjes bestaat, beheerst door fundamentele krachten.

De botsingen bij hoge energie van protonen in de LHC-versneller geven daar zicht op. De elementaire deeltjes en hun interacties worden theoretisch beschreven in het zogeheten Standaardmodel. ATLAS test de voorspellingen van dit theoretische model met zo hoog mogelijke precisie. Inzet van de tests is het vinden van afwijkingen die een aanwijzing geven bij verbetering van de theorie.

Dat het Standaardmodel niet volledig is, staat al vast: de theorie voorspelt evenveel antimaterie als materie, maar materie overheerst in ons heelal, en sterrenstelsels bestaan aantoonbaar grotendeels uit onbekende onzichtbare materie. De vraag is hoe een betere theorie eruitziet. Eventuele afwijkingen van de voorspellingen bieden daarbij aanknopingspunten. Tot nog toe lijken de analyses van ATLAS het Standaardmodel vooral in hoge mate te bevestigen.

Sinds het bewijs in 2012 van het bestaan van het higgsdeeltje, is dit deeltje een van de belangrijkste onderzoeksobjecten voor ATLAS. Het higgsdeeltje laat zien dat er een higgsveld bestaat dat elementaire deeltjes hun massa geeft. Veel ATLAS-studies, ook vanuit Nikhef, proberen de eigenschappen van dat universele veld te bepalen, bijvoorbeeld door de effecten van higgsdeeltjes onderling of op quarks in kaart te brengen.
Nikhef en ATLAS

De ATLAS-groep op Nikhef telt rond de 50 onderzoekers. ATLAS en de LHC zijn gebouwd door een grote internationale gemeenschap van wetenschappers, technici en engineers, met een substantiële Nederlandse inbreng. Nikhef ontwierp, bouwde, testte en installeerde specifieke onderdelen van de detector.

De muonspectrometer, de buitenste schil van de ATLAS-detector die passerende muonen registreert, werd op Nikhef ontwikkeld en gebouwd. Hiervoor werd ook een optisch uitlijningssysteem ontwikkeld en geleverd, Rasnik genaamd. In het hart van ATLAS bevindt zich vlak bij de botsingen de Semiconductor Tracker (SCT), die het beginpunt van de sporen van geladen deeltjes kan bepalen.

Nikhef bouwde een van de kopstukken aan de uiteinden van de SCT. Nikhef heeft ook onderdelen van de elektronische modules van het systeem ontworpen dat beslist welke van de miljarden botsingen per seconde permanent moeten worden opgeslagen voor latere analyses, de zogeheten trigger.

De ATLAS-groep van Nikhef werkt intensief mee aan vele analyses van de ATLAS-data, en ontwikkelt en test daartoe ook nieuwe analysemethodes. Hierbij wordt in toenemende mate ook kunstmatige intelligentie gebruikt.

De ombouw van de LHC naar de nog intensere HL-LHC versneller stelt nieuwe eisen aan de ATLAS-detector. Nikhef werkt mee aan een nieuwe binnenste detector, de ITk, waarvoor het frame voor sensorpanelen in de kopstukken is ontworpen en gebouwd, inclusief geavanceerde CO2-koelsystemen.

Een deel van de sensorpanelen wordt op Nikhef in het frame gebouwd. Nikhef is opnieuw ook betrokken bij nog nauwkeuriger uitlijning van de detector.
Meer informatie

Lees meer over ATLAS op CERN: https://atlas.cern/

De universiteiten die via het Nikhef-samenwerkingsverband aan het ATLAS-experiment meewerken: Universiteit van Amsterdam en Radboud Universiteit Nijmegen.