22 augustus 2018

Einstein Telescoop (ET) mogelijk in Limburg, SKA uitbreiding, nieuwe deeltjesversnellers

In de Ingenieur van januari 2018 worden enkele grote projecten besproken die de komende jaren een aanvang gaan nemen. De eerste getiteld ‘Einstein in Limburg’ gaat over de 1 miljard kostende Einstein Telescope (ET), die mogelijk in Limburg gebouwd gaat worden. De andere over de SKA uitbreiding, het Nederlandse aandeel daarin en de CEPC, de nieuwe Chinese deeltjesversneller.

Andere locaties voor de ET die genoemd worden zijn naar Limburg,  Italië en Hongarije. De Einstein Telescope (ET)  wordt dan de grootste detector voor gravitatie golven ter wereld. Op dit moment zijn er 6 gravitatie golven waargenomen waarvan de eerste op 11 februari 2016 is waargenomen. De Einstein Telescope of  ‘ET’ genoemd krijgt i.t.t. LIGO en Virgo met armen van resp. 4 en 3 km, 10 km. lange armen. Daardoor zal ET golven kunnen waarnemen van minder zware en verder weg gelegen objecten dan de huidige detectoren. ET krijgt een driehoekvorm en kan zo zwaartekrachtgolven uit alle richtingen waarnemen en in zijn eentje bepalen waar ze vandaan komen. Elk hoekpunt van de driehoek krijgt twee detectoren; een bij kamertemperatuur voor zwaartekrachtgolven met hoge frequenties, en een bij -263 C voor lage frequenties. Limburg is geschikt daar het een stiltegebied is, met weinig bodem trillingen, en de bodemgrond bevat een harde rotslaag met zachtere lõss lagen daarboven op die trillingen van het oppervlak dempen. Prof. Dr. Frank Linde is programmaleider van het Nederlandse zwaartekracht golfonderzoek.  en wacht het bodemonderzoek met spanning af. Ook een belangrijke deadline voor het plan is 2019, dan wil het Europese ET consortium (NL, België en Duitsland) zijn bouwplan indienen bij  het ESFRI, het European Strategy Forum on Research and Infrastructure). Deze beslist in 2020, zowel over de toegewezen locaties en of het plan zal worden aangenomen. In 2021 zal ESFRI de knoop doorhakken. Linde denkt dat de kans 50 % is dat Limburg wordt toegewezen als locatie mits de bodem geschikt blijkt.

SKA credits; wikipedia

Uitgestrekte telescoop

Bijna tweehonderd schotels en meer dan honderdduizend antennes moeten van SKA de grootste radiotelescoop ter wereld maken. Qua antennes heeft Nederland de nodige knowhow op zak. De Square Kilometre Array (SKA) is verspreid over West-Australië en Zuid-Afrika, samen vormen die een telescoop met een verzameloppervlak van een vierkante kilometer. Nederland speelt een belangrijke rol in dit megaproject. ASTRON leidt het consortium dat ervoor moet zorgen dat er in Australië straks meer dan 130.000 antennes zullen staan. Met LOFAR  heeft Nederland een testveld (20.000 antennes) hetzelfde  principe en de structuur van SKA-Low. SKA-Low,  het Australische deel van SKA, is qua opzet  het zelfde als  LOFAR, zegt Pieter Benthem Beng, projectleider bij ASTRON. ‘Er komt een kern van antennes met een hoge dichtheid en een aantal uitwaaierende spiraalarmen met antennes’. Benthem Beng was van de winter in de Australische  outback waar een eerste demonstratie opstelling van SKA is voltooid, dit station met 256 antennes is bedoeld om te testen en proefmetingen te doen. De outback is een uitdaging, er komen duizenden antennestations waar allemaal glasvezelkabels naartoe moeten, de stroom moet van ver komen en er moeten wegen aangelegd worden. Een andere zorg is de enorme hoeveelheden data; zo een 250 petabyte (250 miljoen gigabyte) per jaar. De gegevens komen binnen in de vorm van een analoog signaal, dat ter plekke digitaal wordt gemaakt. Dat levert ruwe data op waar wetenschappers nog weinig mee kunnen en daarom worden er wereldwijd Science Dara Centres gebouwd die de data verwerken op zo een manier dat astronomen er iets mee kunnen. Nederland heeft een leidende rol bij de data centers en wil dat er ook in ons land een komt. SKA-Mid, Zuid-Afrika richt zich op hogere  radiofrequenties en gebruikt bijna tweehonderd schotelantennes. Het ontwerp voor de computer die  de signalen van deze schotels moeten verwerken is ook van Nederlandse makelij. Start is in 20202 en deelnemende landen zijn naast Australië, Nederland, Zuid-Afrika, China, Canada, India,  Italië, Nieuw-Zeeland, het VK en Zweden.

CEPC Chinese Electron Positron Collider credits; futurism

De volgende versneller.

Het ‘big science’ project was de afgelopen jaren was wel de Large Hadron Collider, LHC, de cirkelvormige deeltjesversneller van CERN bij Geneve. Deze 27 km lange versneller krijgt in 2026  een upgrade waarna hij als de High Luminosity Collider (HLC) verder gaat en nog tot 2036 deeltjes zal laten botsen. De volgende stap is nog en vraagteken maar hoeft niet noodzakelijk een  versneller als de LHC te zijn, die protonen op elkaar laat botsen; waar o.a. de ontdekking van het higgs-deeltje uitrolde. Om beter te kunnen voorspellen hoe zo een botsing precies verloopt en wat voor energie erbij komt zoekt men wereldwijd naar een alternatief. Daarbij is gedacht om elektronen te laten botsen op hun antideeltjes, de positronen. Dat zijn namelijk beide elementaire, niet verder op te splitsen deeltjes en die leveren een schone botsing op; de twee deeltjes vernietigen elkaar volledig, waarbij hun massa’s in energie worden omgezet. Daardoor is er bij zo een botsing precies te bepalen welke energie er beschikbaar komt en welke deeltjes er ontstaan. Een Japans voorstel is een International Lineair Collider,  van5 miljard Euro,  gelegen op de Kitakamihoogvlakte, te Japan. De startdatum en Nederlandse bijdrage zijn nog onbekend, maar de deelnemers  zijn naast de CERN-lidstaten, ook Rusland en de VS. Een lineaire versneller, van 33.5 km, en een energie niveau van 500 GeV (giga0elektronvolt). Alhoewel kort geleden het ICFA, International Committee for Future Accelerators, voelt voor een bescheidener aanpak van 20 km. en een halvering van het energie niveau naar 250 GeV. Deze halvering van de maximale energie  is een stap terug zegt Prof. Dr. Jorgen D’Hondt, voorzitter van de Europese ICFA afdeling. Met 250 GeV is het higgs- deeltje goed in bulk te produceren maar niet de in 1995 ontdekte topquark. Dit blijft dus dan wachten tot hij weer opgeschaald gaat worden vele jaren later naar 500 GeV.  De grootste uitdaging zal de productie van de supergeleidende onderdelen zijn. Een taak naar verwachting van het Duitse instituut voor hoge energie fysica,  DESY. China wil een cirkelvormige versneller bouwen van 55 km omtrek bij Qinhuangdao, waar ook het beginpunt is van de Chinese Muur. De Circular Electron Positron Collider, (CEPC). Met een energie niveau tot 250 GeV. en later aangevuld met de Super proton-proton Collider (SppC) in dezelfde tunnel. Deze SppC zou een energie niveau van 100 TeV bereiken meer dan zeven keer de maximale energie van de LHC en vierhonderd keer de energie van de ILC. CERN droomt van een versneller met omtrek tot 100 km. de Future Circular Collider (FCC). Deze machine lijkt op de Chinese versneller. De innovatie die daarvoor nodig is is op het gebied van de magneten, die moeten een veldsterkte van 16 Tesla kunnen opwekken. De specifieke grondstoffen die daar voor nodig zijn zijn lastig te vinden. We moeten keuzes maken zegt D’Hondt. De grote vraag is eigenlijk wat doen China en Japan. Mocht een van beide groots investeren dan verschuift het zwaartepunt van de deeltjes fysica een eind op naar het oosten. Maar beide landen lijken minder happig dan vroeger. het zou dus ook goed kunnen dat de volgende grote versneller straks weer gewoon bij Geneve staat., aldus D’Hhondt. Bron; De Ingenieur 2018.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.