Op het Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge Energie Fysica (NIKHEF) worden atoomkernen en elementaire deeltjes bestudeerd. Bij het onderzoek aan atoomkernen beschikken de onderzoekers over de elektronenversneller van het NIKHEF in Amsterdam. Om elementaire deeltjes te bestuderen worden de grote deeltjesversnellers bij het CERN in Geneve en bij DESY in Hamburg gebruikt.


NIKHEF


Sinds de eerste optische microscoop gebouwd werd in de zeventiende eeuw, zijn microscopen steeds krachtiger geworden. Meer detail werd zichtbaar door straling met een kortere golflengte te gebruiken. Maar licht heeft zijn beperkingen; om een nog kortere golflengte te krijgen, moeten deeltjes versneld worden. Hoe hoger de energie, hoe korter de golflengte. In de twintigste eeuw werd de optische microscoop daarom vervangen door de elektronenmicroscoop waarmee de structuur van moleculen ontrafeld werd. Om het binnenste van kernen te bestuderen zijn nog kortere golflengtes - hogere energieën - nodig. Zulke grote hoeveelheden energie worden in deeltjesversnellers toegevoegd aan bijvoorbeeld elektronen of protonen. De energie van zulke deeltjes wordt uitgedrukt in elektronvolts (eV). Met energieën van een paar eV kunnen elektronen van atomen 'gepeld' worden. Projectielen met een energie van honderden miljoenen elektronvolts (MeV) maken de protonen en de neutronen diep in de atoomkern zichtbaar. Dat gebeurt bij de AmPS-versneller (Amsterdam Pulse Stretcher) die een continue stroom elektronen met een energie van maximaal 900 MeV kan leveren. Met duizenden miljoenen elektronvolts (GeV) kunnen onderzoekers de ondeelbare 'quarks', de bouwstenen van protonen en neutronen, waarnemen. Zulke energieën worden bij het CERN en bij DESY geleverd.


Energie en massa zijn equivalent zoals Einstein's vergelijking E = mc2 weergeeft en de energie van een deeltjesbundel kan bij een botsing omgezet worden in massa. Hierbij ontstaat een rijkdom aan verschillende deeltjes. Veel van die deeltjes zijn instabiel en komen in de vrije natuur niet voor. Voor de produktie van nieuwe deeltjes laat men twee deeltjesbundels, die in tegenovergestelde richting bewegen, op elkaar botsen. Dat gebeurt bij CERN bijvoorbeeld in de Large Electron Positronversneller (LEP), de grootste versneller op aarde. In deze versneller met een omtrek van 27 km draaien elektronen en hun antideeltjes, positronen, in tegengestelde richting met energieën naar keuze van 45 of 90 GeV. In de nieuwe Large Hadron Collider (LHC) die in de LEP tunnel gebouwd wordt, zullen protonen versneld worden. De protonen, die veel zwaarder zijn dan elektronen, zullen een energie bereiken van 8000 GeV. Bij de HERA-versneller (Hadron Electron Ring Accelerator) in Hamburg botsen elektronen met een energie van 35 GeV frontaal op protonen met een energie van 820 GeV.

In de experimenten botsen iedere seconde miljoenen deeltjes terwijl bij elke botsing honderden deeltjes geproduceerd worden. Om waar te nemen wat er gebeurt bij die botsingen, gebruiken de onderzoekers gecompliceerde 'detectoren' waarin de modernste technologie is toegepast. Alle meetgegevens worden met uitgekiende elektronica geregistreerd en verwerkt in ultrasnelle computers.

De deelname van het NIKHEF aan de experimenten in Geneve en Hamburg bestaat uit ontwerp en bouw van onderdelen van de deeltjesdetectoren en uit het ontwikkelen van software voor de verwerking van de meetgegevens. AmPS en de detectoren zijn grotendeels op het NIKHEF gebouwd maar ook buitenlandse versnellerinstituten dragen eraan bij. Internationale teams van fysici, ingenieurs en technici voeren de experimenten uit. Na uitgebreide analyse van de meetgegevens vergelijken de onderzoekers hun experimentele resultaten met de voorspellingen van theoretische modellen. De theorie die aan die modellen ten gronslag ligt wordt zo geverifieerd. Ook op het NIKHEF ontwikkelen theoretici modellen, die de structuur van atoomkernen en de wisselwerkingen tussen elementaire deeltjes beschrijven.

In de deeltjes-botsingen op het CERN worden gedurende korte tijd de omstandigheden in de eerste ogenblikken na het ontstaan van ons heelal nagebootst. De experimenten zijn daarom van belang voor de astrofysica. Omgekeerd kunnen deeltjes-fysici uit de astrofysica meer te weten komen over de ontstaansgeschiedenis van de natuurkrachten. Bij het Centrum voor Hoge Energie- en Astro-Fysica (CHEAF) werken astrofysici en theoretici van het NIKHEF samen.


introductieorganisatietheorie
computerstechnologieonderwijs

Terug naar de index.