Het CMS experiment te CERN

“Unieke deeltjesversneller gaat de Big Bang achterna”

De Compact Muon Solenoid (CMS) is een experiment nabij de Large Hadron Collider (LHC) te CERN, het Europese Centrum voor Nucleair Onderzoek, gelegen nabij Genève op de grens tussen Frankrijk en Zwitserland. De LHC deeltjesversneller heeft vanaf 2009 protonen (alsook zware ionen) laten botsen aan energieën tot 8 TeV. Bijgevolg konden onderzoekers aan de deelnemende Vlaamse universiteiten in Antwerpen, Brussel en Gent voor het eerst de interacties tussen de fundamentele bouwstenen van de natuur onderzoeken bij dergelijke hoge energieën. Dit heeft in 2012 reeds aanleiding gegeven tot de ontdekking van een nieuw deeltje, wat volgens Science Magazine “the breakthrough of the year 2012” was. Wetenschappers en ingenieurs uit de hele wereld zijn de deeltjesversneller en de experimenten die de botsingen onderzoeken aan het voorbereiden om vanaf 2015 nog hogere energieën, tot 14 TeV, te verwezenlijken.

Het experiment

De LHC is een ondergrondse circulaire versneller met een omtrek van 27 kilometer waarmee we elke 25 nanoseconden verschillende protonbotsingen kunnen verwezenlijken. De CMS deeltjesdetector is specifiek ontworpen en gebouwd om in deze botsingen nieuwe fenomenen te ontdekken en reeds gekende interacties en deeltjes nauwkeurig op te meten. De deelnemende Vlaamse universiteiten zijn betrokken bij de opbouw en de operationele aspecten van verschillende onderdelen van de CMS detector. De spoordetector die we opbouwden ligt vandaag in het hart van het CMS experiment en werkt met een bijna perfecte efficiëntie. Hiermee meten we de banen op van de honderden geladen deeltjes die bij elke protonbotsing geproduceerd worden. Met de calorimeter waarvoor we onderdelen bouwden bepalen we de energie van de deeltjes. Deze onderdelen werden geïnstalleerd in een gigantische supergeleidende magneet met een heel uniforme veldsterkte van 3,8 Tesla. Helemaal aan de buitenkant van de detector bevinden zich specifieke muondetectoren waarvoor we vandaag aan onze universiteiten nog nieuwe elementen opbouwen om het wetenschappelijk potentieel van het experiment te optimaliseren. Het is essentieel om een krachtige computerinfrastructuur uit te bouwen om de enorme hoeveelheid aan gegevens te analyseren. Ook hiervoor werden aan de deelnemende Vlaamse universiteiten specifieke faciliteiten voorzien die onderzoekers toelaten de gegevens te bestuderen. In de ontwikkeling van deze infrastructuren werden nieuwe technologieën ontworpen die reeds hun toepassingen gevonden hebben in de maatschappij.

Onderzoek naar de fundamenten van de natuur (fysica doelstellingen)

Het Standaard Model van de deeltjesfysica, opgesteld en geverifieerd sinds het midden van de vorige eeuw, kan met dit experiment getest worden bij enorme energieën. De studie van de fundamentele interacties tussen de elementaire deeltjes krijgt hierdoor een nieuw elan, alsook zullen we nauwkeuriger de eigenschappen van de reeds ontdekte deeltjes opmeten. Het meest recente huzarenstukje van dit experiment was om in de immense hoeveelheid gegevens het bewijs te vinden van het bestaan van een nieuw deeltje. Belangrijk voor de volgende jaren is het ontrafelen van de eigenschappen van dit deeltje, en na te gaan of het effectief het lang verwachtte deeltje is dat bijna 50 jaar geleden vooropgesteld werd om massa te geven aan de fundamentele bouwstenen van de natuur. Er zijn echter wetenschappelijke argumenten die het bestaan van nieuwe fenomenen voorspellen bij hogere interactie energieën. Met dit experiment kunnen we baanbrekend werk verrichten in de zoektocht naar fenomenen als supersymmetrie, extra dimensies, donkere materie, CP-symmetrie schending, en zoveel meer. Het ontdekken en bestuderen van deze fenomenen zal ons niet enkel inzicht geven in de inhoud van het universum maar ook in zijn ontstaan, een van oudste vragen die de mensheid bezighoudt.

Financiering

Vlaamse onderzoeksgroepen van de universiteiten van Antwerpen, Brussel en Gent zijn actief in het CMS experiment. De Belgische Federale overheid betaalt het lidgeld voor CERN en het FWO voorziet, dankzij financiering van de Vlaamse overheid, in de logistieke en operationele ondersteuning voor het CMS experiment via het Big Science programma. Bijkomende ondersteuning voor specifieke wetenschappelijke onderzoeksprojecten wordt voorzien via de reguliere kanalen van het FWO.

Internationale collaboratie

Deze unieke experimenten zijn enkel mogelijk door middel van sterke internationale samenwerkingen. Vandaag werken we samen met meer dan 3000 wetenschappers uit 179 universiteiten of onderzoeksinstellingen uit 41 landen verspreid over de wereld.

Contact

Prof. Dr. Jorgen D’Hondt, Vrije Universiteit Brussel, Jorgen.DHondt@vub.ac.be

Links

Ontdekking nieuw deeltje te CERN:

http://press.web.cern.ch/press-releases/2012/07/cern-experiments-observe-particle-consistent-long-sought-higgs-boson

Het CMS experiment: http://cms.web.cern.ch/org/cms-public

Het CERN: http://public.web.cern.ch/public/

Onderzoeksgroep aan de UA: http://www.hep.ua.ac.be/

Onderzoeksgroep aan de VUB: http://w3.iihe.ac.be/

Onderzoeksgroep aan de UGent: http://inwfsun1.ugent.be/