LHCb

Materie en antimaterie

Het LHCb-onderzoeksprogramma van Nikhef brengt de Nederlandse inbreng bijeen aan het LHCb-experiment op CERN. Onderzoekers analyseren de meetgegevens van de detector en werken aan technische vernieuwingen. LHCb bestudeert verschillen tussen materie en antimaterie.

Wat is LHCb?

De LHCb-onderzoeksgroep bij Nikhef houdt zich vanuit Nederland bezig met de bouw, benutting en data-analyses rond de LHCb-deeltjesdetector op CERN. Het LHCb-experiment is een van de grote deeltjesdetectoren bij de LHC-versneller op CERN in Genève. Aan het experiment werken ongeveer 1700 wetenschappers uit 22 landen, waaronder Nederland.

De ondergrondse detector is 21 meter lang en 13 bij 10 meter groot en bestudeert de botsende protonen in de versneller. Anders dan veel deeltjesdetectoren is LHCb asymmetrisch en kijkt in één richting van de versnellerbuis, waar grote magneten de vrijkomende geladen deeltjes afbuigen. Hierdoor worden eventuele verschillen zichtbaar tussen materie en antimaterie.

De signalen uit de sensoren in LHCb worden doorgestuurd naar computers voor dataopslag en verwerking. LHCb-groepen in de hele wereld analyseren de enorme hoeveelheden data en proberen die theoretisch te interpreteren.

Wat onderzoekt LHCb?

LHCb zoekt naar verschillen tussen deeltjes en hun antideeltjes. Die zouden wellicht kunnen verklaren waarom bij de oerknal zowel materie als antimaterie moet zijn ontstaan, maar dat daarvan in de eerste nanoseconde alleen materie overbleef.

LHCb is ontworpen voor de nauwkeurige identificatie van vervalproducten van instabiele deeltjes en voor de precieze meting van hun sporen. Met een magneet worden deeltjes en antideeltjes gescheiden en hun eigenschappen geanalyseerd.

LHCb bestudeert de minieme verschillen tussen materie en antimaterie via het observeren van processen met zogenaamde bottom-quarks en anti-bottomquarks (de letter b in de naam LHCb). Deeltjes met b-quarks zijn uiterst instabiel en kunnen alleen geproduceerd worden bij protonbotsingen in een krachtige deeltjesversneller als de LHC.

Tot nog toe vindt LHCb wel subtiele aanwijzingen dat b-deeltjes en anti-b-deeltjes in bepaalde opzichten verschillen, maar zijn meer metingen nodig om afwijkingen te bewijzen.

Een recent baanbrekend resultaat, gepubliceerd in Nature, was de ontdekking van een door de theorie “verboden” verval van een b-deeltje naar twee muonen.
Nikhef en LHCb

De Nikhef LHCb-groep omvat circa 35 onderzoekers die meebouwen aan LHCb en de meetgegevens analyseren en interpreteren. Nikhef was en is nauw betrokken bij de bouw van de LHCb-detector.

Onderzoekers, technici en engineers ontwikkelden en bouwden mee aan de Vertex Locator (VELO) en de Outer Tracker (SciFi). Deze onderdelen meten het beginpunt (de vertex) van de sporen van vrijkomende deeltjes. Daarnaast ontwikkelde Nikhef software die de sporen reconstrueert die geladen deeltjes in de detector achterlaten.

Nikhef stond aan de basis van het gebruik van grafische processoren in de detector en data-acquisitie, waarmee massale hoeveelheden meetgegevens snel verzameld en beoordeeld kunnen worden.

Tijdens de onderhoudssluiting LS3 (2026-2029) worden verdere aanpassingen doorgevoerd om LHCb klaar te maken voor de veel intensere protonbundels van de High Luminosity LHC op CERN.
Meer informatie

Onderzoekers van drie universiteiten zijn betrokken bij het LHCb-onderzoeksprogramma van Nikhef: Vrije Universiteit, Rijksuniversiteit Groningen, Universiteit Maastricht.

Lees meer over LHCb op CERN: http://lhcb-outreach.web.cern.ch en http://lhcb.web.cern.ch/