De dag zit er op, ik zit inmiddels al weer in het vliegtuig naar huis. Morgen staan gesprekken met de UvA faculteit op de agenda.

Ik kwam zojuist toevallig Jos Engelen tegen op het vliegveld, de wetenschappelijke directeur van Cern (en bovendien mijn promotor). We dronken samen een biertje en ik heb hem eens goed gefeliciteerd; het ging vandaag fantastisch met de versneller. En echt, voor hetzelfde geld duikt er ergens nog een klein probleem op en ligt de hele boel plat voor een halve dag. Op zich niet zo erg, behalve als de halve wereldpers in je nek staat te hijgen. Ook Jos was behoorlijk opgelucht.

Want het bleef goed lopen vandaag. Vanmiddag werd de tweede bundel geïnjecteerd, die tegen de klok in, en ging na een kleine hickup redelijk makkelijk rond. Bij de eerste volledige poging draaiden de protonen 9 rondjes rond (dat waren er nog 3 voor de andere bundel een paar uur eerder) en zagen de activiteiten ervan weer in de Atlas detector. We hadden de apparatuur in Atlas in de middag iets anders afgeregeld, en daarmee dook ook een probleem op: terwijl in de ochtend een onderdeel in het hart van Atlas (de SCT detector) niet goed leek te werken, was er in de middag juist alleen activiteit in dit onderdeel te zien. En dat heeft alles te maken met ‘timing’: op welk moment lees je elektronisch de activiteit in de detector uit. Dat gaat bij LHC en de Atlas detector  in stapjes van 25 nanoseconde (en daar zitten er 40 miljoen van in een seconde) en voor je het weet zit je een paar stapjes verkeerd en gaat de uitlezing fout. Dit soort problemen moeten de komende periode volledig  worden ge-debugged - dat is gewoon hard werken en uiteindelijk heb je het allemaal netjes opgelost.

Ik ontving net een sms van Sander, die in de Atlas controle kamer vanmiddag en vanavond verantwoordelijk is voor de “data acquisitie”, dwz hij moet zorgen dat alle meetgegevens van de verschillende onderdelen van de detector op de juiste manier bij elkaar worden geharkt en verzonden voor verdere analyse. Hij vertelde dat vanavond de bundel honderden rondjes hebben gemaakt. Weer goed nieuws dus. Maar nog geen botsingen - weddenschap verloren - het duurt nog even.

Straks nog even inloggen om te zien hoe het gaat met Atlas.

Vanmorgen stonden we met tientallen in de Atlas controle kamer te staren naar de monitoren van de LHC versneller. Iedereen die niet op shift zat en geen directe verantwoordelijkheid had voor het draaien van de Atlas detector werd eerst nog verzocht op te hoepelen, maar op een gegeven moment was de spanning te hoog en waren de mensen niet meer tegen te houden om dit live mee te maken.

Vlak daarvoor volgden we de Cern live broadcast rond de ontwikkeling van de versneller. Lynn Evans, de projectleider van LHC stond voor de camera’s zwetend te vertellen hoe de bundel elke keer opnieuw weer werd geinjecteerd in de LHC, steeds een stukje verder. Want dat was de opzet - en ook het showelement van vandaag: op acht verschillende plekken in 27 km werd de bundelpijp eerst geblokkeerd en om de beurt weggehaald. Om ongeveer half tien vanmorgen werd begonnen met de injectie van bundel die op de eerste blokkade botste. Vervolgens werd die blokkade weggehaald, en weer opnieuw bundel geinjecteerd om tegen de blokkade een paar kilometer verderop te knallen. Wat een show! Honderden journalisten op Cern die dit allemaal op de seconde volgen, en echt, dit is niet van te voren geoefend. Achter Lynn zag je een hele generatie Cern directeuren met dezelfde spanning naar de monitoren staan kijken - de voorbereidingen voor dit moment hebben heel wat jaren geduurd.

Wij bij Atlas hielden de adem in toen rond half elf Lynn aankondigde dat de bundel bij punt 8 van de ring tegen de laatste blokkade zou knallen. Daarachter staat 120 meter verderop de Atlas detector. De bundel bestond op dat moment uit een puls van ongeveer 2 miljard protonen, en als je die met een energie van 450 GeV elk tegen een stuk staal schiet komt er nog een flink wat energie doorheen.

In de Atlas controle kamer wordt een hele serie displays groot tegen de muur geprojecteerd, zodat je op elk moment kun zien wat de status van de detector is. En vlak na de laatste aankondiging van Lynn ging een luid gejuich op: de dump van de bundel bij punt 8 werd op fantastische manier door Atlas geregistreerd. Het eerste “event” was een enorme kerstboom van energie, veroorzaakt door duizenden muonen die door de detector joegen. De hele detector, op een klein stuk van de binnenste laag, stond aan en registreerde alle energie. De display die je hier ziet werd op de muur geprojecteerd en we zagen direkt: Atlas werkt. En toen de eerste knal: de champagnefles.

Maar de felicitaties gaan vandaag naar de mensen van de versneller. De eerste bundel, die met de klok mee, heeft de eerste rondjes gemaakt. De uitlijning, de timing met de SPS voorversneller, de versneller werkt ongelooflijk goed. Terwijl ik dit typ zijn ze bezig met  de tweede bundel, die tegen de klok in, en ik hoor nu net dat die ook helemaal rond is gekomen. Als beide bundels tegelijkertijd kunnen worden geinjecteerd, kunnen we de eerste botsingen verwachten. Ik heb een weddenschap met Sander lopen dat hij vanavond tijdens zijn shift de eerste botsingen tussen twee bundels zal zien.

En hierboven zijn de ‘offline’ mensen bezig chocola van de botsing van vanmorgen te maken. De data wordt automatisch naar de verschillende centra over de wereld gestuurd voor verdere analyse (en het was eigenlijk wel jammer dat het allereerste gedeelte naar de oostkust van Amerika ging en niet naar Nikhef, maar dat is alleen omdat ‘BNL’ eerder in het alfabet staat). De analyse is begonnen !

Voor mensen die nog vinden dat de LHC niet op volle toeren kunnen laten draaien vanwege de zwarte gaten: toen een journalist hier naar vroeg antwoordde ik dat dit zo ongeveer hetzelfde is als dat je zou verbieden Ajax tegen Feyenoord te laten voetballen omdat iemand met een wilde trap tegen de bal een nieuw gat in de ozonlaag kan maken. Volstrekte onzin!

Ik ben vanmorgen op Cern aangekomen en de spanning is hier nog beter voelbaar dan in Amsterdam: morgen zullen de protonen hun eerste rondjes gaan maken in de versneller en we willen heel graag zoveel mogelijk van de detector aan hebben staan om iets van de bundel op te vangen.

Maar het is nog afwachten wat we zullen zien. Afgelopen weekend zijn er tijdens een stroomstoring problemen opgedoken in het klein gedeelte van het koelsysteem van LHC en het duurde een dag voordat de temperatuur weer goed was. Gisteren was er eenzelfde soort incident en op dit moment is de status van de LHC versneller “cryo recovering in point 8”. Er is net genoeg tijd, maar nog zo een incident vanavond of morgenochtend en het feestje gaat niet door.

Tijdens de koffiepauze sprak ik zojuist een collega van CMS, het ‘concurrerende experiment’ dat aan de andere kant van de versneller staat. De bundel (in de richting van de klok mee) is afgelopen weekend tot aan zijn experiment gekomen en daar gestopt door een improvisatorische ‘dump’. Sommige deeltjes schoten daar doorheen en bereikten de achterliggende detector. Inderdaad, Martijn vertelde dat CMS de volle laag kreeg en alle kristallen en het hele muonsysteem lichtten op als een kerstboom door een depositie van ongeveer 100 TeV aan energie. Mooi event waarmee je prachtig kunt zien welke kristallen wel en niet goed werken, en zomerstudenten zijn met de analyse bezig. De detector kan er overigens prima tegen.

Hoe staan we er met Atlas voor? Wij hebben nog geen bundel gezien, en er zal ook geen dump vlak voor experiment worden geplaatst en verwachten dus geen kerstverlichting. We zullen de eerste signalen van de bundel zien met de ‘beam pickup monitors’, simpele elektrostatische detectors waarmee je de pakketjes protonen voorbij ziet schieten. En daarachter staat Atlas klaar voor de metingen.
We zullen morgen draaien met vrijwel elk onderdeel van de detector, het muonsysteem, de calorimeters, en de spoordetectoren. Alleen de pixel detector die het dichtst bij de bundel staat blijft uitstaan. De detector werkt overigens prima en de stroom meetgegevens van kosmische muonen die de detector doorkruisen wordt al routinematig over de wereld verspreid. Dat wil niet zeggen dat er de kleine problemen waren met Atlas in de afgelopen periode: zo bleek bijvoorbeeld dat het opgewekte magneetveld storingen in andere onderdelen veroorzaakte, dat sommige ‘power supplies’ niet volledig werkten, dat Folkert vanmiddag ineens zag dat de data verwerking van een paar muonkamers wegviel, en dat het koelsysteem van de SCT detector nog kuren heeft. Allemaal problemen die op te lossen zijn en waar dus hard aan wordt gewerkt.

En in de controle kamer van Atlas, het zenuwcentrum, wordt het drukker. Sinds afgelopen week worden er 24 uur per dag shifts gedraaid om de detector in de gaten te houden. En over een ding is iedereen het eens: laat die bundel nu maar komen!

Volgende week de eerste bundel door de LHC versneller; Martijn heeft er weer een mooi stuk over geschreven in de krant vandaag.  Misschien komen er zelfs een paar botsingen - weliswaar bij lage energie, en we zullen daarin zeker geen Higgs deeltje of andere exotische materie aantreffen. Maar over een paar weken hopen we dat de botsingsenergie is toegenomen tot 10 TeV, ongeveer 70% van het maximum van LHC, en dat we daarna een flinke hoeveelheid interessante knallen kunnen registreren.

Dan zullen we allereerst in de data van de gloednieuwe detector op zoek gaan naar de ‘bread-and-butter’ fysica, deeltjes van allerlei soort die al lang bekend zijn. Een van de eerste echte observaties zal bijvoorbeeld die van het J/Psi deeltje zijn, een deeltje dat voor het eerst werd ontdekt in 1974 en waarvan we er miljoenen zullen zien bij de LHC (de ontdekking van dit J/Psi deeltje inclusief de reden van deze merkwaardige dubbele naam is trouwens een fascinerend verhaal op zich, met veel suspence, competitie en ‘characters’. Een volgende keer wellicht).

Andere deeltje waar we binnenkort de sporen van zullen zien zijn de W en Z bosonen. Maar een van de eerste resultaten waar ik met name naar uitkijk is de observatie van het top-quark. Dat deeltje met een massa van ongeveer 180 protonen, is het allerzwaarste elementaire deeltje dat we kennen en 11 jaar geleden voor het eerst gezien in Amerika. Het top quark bestaat maar heel even en valt uit elkaar via een redelijk complexe vervalsketen, die vrijwel altijd begint met een W boson en een bottom-quark. En omdat die deeltjes ook weer uit elkaar vallen hou je uiteindelijk een stel ‘jets’ (sproeiers van deeltjes) over in de detector, met daarbij een elektron of muon. Bovendien klopt de energiebalans niet meer omdat een vrijgekomen neutrino wegschiet zonder een spoor achter te laten.

We noemen de achtergebleven sporen de ‘signatuur’ van top quark; de handtekening die het top quark in de detector achterlaat. En precies deze ‘signatuur’ maakt het top quark interessant. Ten eerste is het zo ongeveer de meeste complexe signatuur die we kennen en levert daarmee de ultieme test van de werking van de detector. Maar ten tweede omdat we verwachten dat ook veel onbekende deeltjes een zelfde soort signatuur nalaten. Bij de zoektocht naar supersymmetrische deeltjes bijvoorbeeld, waar collega’s Paul, Wouter, Folkert, Nicolo en Alex in zijn gespecialiseerd,  is de bijdrage van top-quarks een nare bijkomstigheid. Kortom, dat top-quark is gewoon verrekte interessant.

Samen met een Italiaanse collega organiseer ik de meting van de hoeveelheid geproduceerde top-quarks in Atlas. Daar werken we met verschillende groepen en instituten aan, en houden regelmatig eenvoudige ‘telefonische bijeenkomsten’. We hebben eerder dit jaar met simulaties laten zien dat we top-quarks vrij snel kunnen zien, en we richten ons nu op de observatie ervan in de botsingen van dit jaar.

Afgelopen week zijn we na de zomer weer van start gegaan met de ‘top-quark’ bijeenkomsten. En toen konden we zien dat we binnenkort eerste data zullen analyseren en veel meer collega’s in Atlas geïnteresseerd raken in dit onderwerp. De telefoon-centrale op Cern kon het aantal verbindingen naar onze bijeenkomst niet meer aan, en verschillende collega’s werden geweigerd nog deel te nemen aan de discussie. Volgende keer zullen we toch modernere manieren van communicatie moeten gaan gebruiken.

Ha! Over nieuwe nieuwe vormen van communicatie gesproken: er is alweer een paar weken geleden een LHC video rap gemaakt, en die is geweldig! Te vinden op youtube

Na een uitstekende vakantie, en de nodige voorbereidingen voor het nieuwe studiejaar (ik geef vanaf 1 september een college over de ‘speciale relativiteitstheorie’) is het hoog tijd te vertellen hoe we er met LHC versneller en de Atlas detector voor staan.

Om te beginnen met de LHC versneller: zoals op de Cern web site is te lezen , is het een paar weken geleden gelukt een bundel protonen vanuit de voorversneller in LHC te injecteren. Dat wil zeggen dat een bunch protonen, een pakketje protonen van plm 15 cm lang waar in totaal zo’n tien miljard stuks zitten, is versneld in een lineaire voorversneller, is vervolgens door een een proton synchotron heen gegaan en is verder versneld met de ‘Super Proton Synchrotron’ machine. Deze laatste voorversneller heeft een omtrek van meer dan 6 km en geeft de protonen een energie van 450 GeV (ongeveer 450 maal hun eigen massa). Tot zover gesneden koek en deze configuratie van versnellers draait al vanaf eind jaren 70, en waarmee in 1983 het W en Z deeltje werden ontdekt (om als een soort Pavlov reactie hierbij te vermelden dat onze Nederlander Simon van der Meer, samen met Carlo Rubbia, voor deze ontdekking indertijd een Nobelprijs kregen).

Uiteindelijk werden nu voor het eerst de protonen doorgestuurd naar de LHC versneller van 27 km omtrek. In deze versneller zullen twee onafhankelijke bundels in tegengestelde richting rondcirkelen, een ‘met de klok mee’ en de ander ‘tegen de klok in’. Op 11 augustus werd via een nieuw aangelegde ‘transfer’ tunnel voor het eerst de bundel protonen ‘met de klok mee’ vanuit de SPS geïnjecteerd in het eerste stuk van de LHC. De magneten van de versneller stonden afgeregeld op de theoretische waarden en al na de eerste paar pogingen volgde de bundel de 3 kilometer lange kromming van de versneller. Dat betekent dat de SPS en de LHC machines keurig met elkaar zijn gesynchroniseerd. Met monitoren kun worden bepaald dat de bundel tot op de millimeter nauwkeurig door het centrum van de bundelpijp ging en werd opgepikt door het rf versnellersysteem. Na 3 kilometer werd de bundel op een trefplaatje gestuurd en daarmee gestopt, omdat de rest van de versneller simpelweg nog niet gereed is. De controle kamer van de versneller stond tijdens deze exercitie zwart van de mensen die dit succes mogelijk maakten.

Afgelopen vrijdag is eenzelfde test van 3 kilometer uitgevoerd met protonen die de weg ‘tegen de klok in’ afleggen, en ook dit verliep prima. Deze bundel protonen liep langs het experiment van mijn collega’s, de LHCb detector. Daar liet het zijn sporen na in de gevoelige apparatuur in het hart van deze detector.

De bundel is nog niet ‘langsgeweest’ bij Atlas. De Atlas detector zit precies tussen de twee injectiepunten van de bundels ‘met de klok mee’ en ‘tegen de klok in’, en beide bundels moeten zo ongeveer een compleet rondje hebben gemaakt voor ze bij Atlas kunnen komen. Maar deze week is eindelijk ook het laatste stukje van de LHC machine afgekoeld naar de juiste temperatuur en kan de bundel helemaal rond. Maar we moeten wachten, tot woensdag 10 september, want dan komen de journalisten langs om de eerste injecties van bundel door de versneller ‘live’ mee te maken en wie weet ook de eerste botsingen te zien. Dan zullen dat hooguit botsingen bij injectie energie zijn, 450 GeV, net als we al hadden met de oude SPS versneller.

We zijn met een paar collega’s, promovendi en postdocs, de afgelopen weken druk bezig met de ‘generale repetitie’ voor de eerste botsingen bij LHC. Een laatste oefening in de analyse van de botsingen met de Atlas detector voordat de echte eraan komen, over een paar maanden.

Deze ‘generale’ is breed opgezet binnen de Atlas collaboratie. Een groep uit Berkeley heeft in afzondering miljoenen botsingen tussen protonen gesimuleerd, volgens de wetten van het Standaardmodel. Daar hebben ze wellicht botsingen bij gevoegd waar Higgs deeltjes, supersymmetrie of zwarte gaten worden gemaakt, maar wat er precies werd gesimuleerd weten alleen zij. In een volgende stap hebben anderen met honderden computers de complexe Atlas detector voor deze botsingen gesimuleerd. Dit is een flinke technische uitdaging en nam een aantal weken in beslag. Wat je uiteindelijk overhoudt is een hoeveelheid data zoals Atlas zal uitspuwen als LHC aangaat; en de groep uit Berkeley speelt voor God.

En dan ineens, in een tijdbestek van een paar uur, werd deze data door het Atlas trigger systeem gepompt alsof de versneller op volle toeren draait. Het trigger systeem is gemaakt om ongeveer 200 interessante botsingen per seconde te selecteren uit de 40 miljoen botsingen die de LHC per seconde produceert. De rest wordt weggegooid. De geselecteerde botsingen worden vervolgens gereconstrueerd en verspreid naar 10 verschillende Tier-1 centra’s over de hele wereld voor verdere analyse (een van die centra’s is het Nikhef in samenwerking met SARA, het academische rekencentrum van Amsterdam). Fysici pikken die data vervolgens op en passen hun analyse technieken toe, in de hoop nieuwe fysica te zien.

De ‘generale’ is de ultieme test voor deze hele procedure en de verschillende stappen werden zo realistisch mogelijk aangepakt. Specialisten, ieder verantwoordelijk voor een onderdeel van de detector, monitoren de data stroom. Omdat er maar een paar uur gesimuleerde data beschikbaar was werd die een aantal keren achter elkaar door het trigger systeem gestuurd, om de ‘druk een beetje hoog te houden’. In dagelijkse bijeenkomsten werd de kwaliteit van de reconstructie beoordeeld en besloten of de huidige versie van de software goed genoeg was. En inderdaad, verschillende keren werd de software aangepast en de reconstructie opnieuw opgestart. En dat terwijl de trigger maar nieuwe, goedgekeurde botsingen bleef aanleveren. Bij goedkeuring (‘sign-off’) werd de data doorgestuurd naar de Tier-1 centra’s en kwam er weer wat lucht in het systeem.

En hier op Nikhef waren we ‘eager’ om de data te analyseren. Aanvankelijk kostte het nog wat moeite om de data in onze analyseprogrammatuur te krijgen, maar met Hurng-Chun, onze Taiwaneese expert op het gebied van data distributie, Wouter, Folkert en Martijn als onze software experts, en Alexander, Manouk, Pamela, Giuseppe en anderen als enthousiaste fysici hadden we de volgende dag de eerste distributies van botsingen op het scherm. Het ‘interpreteren’ kon beginnen en we hadden direct een aantal bulten en structuren in de grafieken waar we geen raad mee wisten. Hadden die goden uit Berkeley enorm waanzinnige botsingen gegenereerd of deed de Atlas detector niet helemaal wat we verwachtten? Iets mis met de trigger? Identificeren we elektronen wel goed?

In de afgelopen dagen hebben we de bulten en structuren grotendeels kunnen verklaren en vanmiddag hebben we nog een laatste bijeenkomst onder elkaar om de puntjes op de i te zetten. Alas, het is maar een paar uur LHC data en we hebben er geen Higgs in ontdekt. Maar we zien wel het eerste, vage signaal van top-quarks en vanmiddag gaan we dat kwantificeren. Morgen en donderdag zullen we onze resultaten aan collega’s op Cern presenteren; de goden uit Berkeley zijn erbij.

Een van de onderdelen van de Atlas detector waar wij als Nikhef trots op zijn is de ‘muon spectrometer’. Dat apparaat vormt de buitenkant van de Atlas detector en beslaat flink wat kubieke meters. Om een idee te geven: Atlas is ongeveer 44 meter lang en 22 meter breed en hoog, en de muon spectrometer neemt het grootste gedeelte van dit volume in beslag. Helemaal en alleen geïnstalleerd om muon deeltjes waar te nemen; deeltjes die bij de botsingen tussen protonen wel eens gemaakt kunnen worden. De muon spectrometer is het ‘laatste’ onderdeel van Atlas dat rond de botsing staat opgesteld. Alle materie die hier nog doorheen komt eindigt ergens in de rotsen van Geneve, of suist voor eeuwig door het heelal.

De observatie van een muon deeltje geeft aan dat er iets bijzonders bij de botsing is gebeurd. In de botsende protonen zitten geen muonen en als je dan toch een muon detecteert is dat wellicht afkomstig van een Higgs deeltje. Of van een ander exotisch, vooralsnog onbekend deeltje dat is ontstaan en uiteengevallen in muonen. Ook bekende deeltjes, zoals het Z-boson, vallen af en toe uiteen in muonen. Hele zware top-quarks willen hun sporen ook wel eens achterlaten in de vorm van (onder andere) muonen.

Goed, voldoende reden om een detector-onderdeel neer te zetten om al die muonen waar te nemen. Bij het ontwerp van de Atlas detector werd zelfs ooit even geopperd om alleen maar een muon spectrometer neer te zetten. Het volume dichter bij het botsingspunt, dat nu vol staat met ander zeer fijngevoelige detectie apparatuur, stort je simpelweg vol met beton om ‘alle andere’ deeltjes van de botsing weg te filteren. Dit tikkeltje grove ontwerp heeft het niet gehaald en dat is maar goed ook.

Even iets over de werking van de muonspectrometer: de elektrisch geladen muonen met hoge energie zijn vrijwel niet te stoppen. De spectrometer probeert dat ook niet, maar volgt met gevoelige apparatuur de baan die het muon aflegt. In essentie wordt de baan van het muon op drie verschillende punten gemeten, met drie ‘lagen’ detectie apparatuur, die zo’n 5 meter uit elkaar liggen. Elke laag bestaat uit een stapel aluminium buizen met een draad onder hoogspanning dat een elektrisch signaal geeft als er een muon doorheen schiet. Deze techniek is uiterst effectief, relatief goedkoop, en geeft zeer nauwkeurige resultaten. Op Nikhef hebben we in de afgelopen jaren ongeveer 30 duizend buizen aan elkaar gelijmd in ‘kamers’ van 2 bij 5 meter met elk zo’n 300 buizen. Als je naast de Atlas detector loopt zie je ze gemakkelijk zitten, ingeklemd tussen soortgelijke kamers uit Munchen.

Vandaag werd weer een gedeelte van de installatie afgerond. Gerjan belde om te vertellen dat hij samen met Robert op de laatste kamer het ‘detector controle systeem’ aan de praat heeft. Dat betekent dat we nu van iedere kamer de meetgegevens kunnen uitlezen, temperatuur kunnen bepalen en de sterkte van het omringende magneetveld kunnen nagaan. Nu nog de aansluitingen van de hoogspanning afmaken, dan is (het ‘barrel’ gedeelte) van de muon spectrometer klaar.

Maar de hoogspanning van de kamers is een probleem. De toelevering van voedingskasten gaat langzamer dan we hadden gehoopt, en bovendien komt een aantal ervan niet door de kwaliteit controle. Momenteel is ongeveer de helft van de hoogspanning geïnstalleerd en het toeleveringsbedrijf verzekert ons dat alles volgende maand zal zijn afgeleverd. Dat is redelijk strak ge-timed met het aanzetten van de versneller zelf.

Tijdens de weekenden staat het systeem voor zover mogelijk on-line en observeren we met de werkende kamers muonen afkomstig uit onze atmosfeer, en dat zijn er inmiddels miljoenen. Een muon is een muon en of die uit de lucht komt of van een botsing afkomstig is, dat maakt niet zo gek veel uit. Atlas draait dus voor een gedeelte gewoon al - prima voorbereiding voor LHC botsingen over een paar maanden.

Het sleutelen aan de Atlas detector is zo’n beetje klaar en een flink aantal technici en ingenieurs is weer vertrokken van Cern. Hun werk zit erop en is de beurt aan de fysici om de detector draaiend te krijgen, de meetgegevens te interpreteren en het Higgs deeltje en wat allemaal nog meer te vinden. We hebben de afgelopen maanden het Nederlandse fysica team flink versterkt met postdocs uit Italie, Frankrijk, Zweden en Taiwan. Een ongelooflijk enthousiaste groep uitstekende mensen met ieder hun eigen specialiteit, variërend van heel technische aspecten op het gebied van computing tot fenomenologie en analyse van de botsingen. Ik zal ze de komende weken voorstellen. De buitenlandse collega’s komen eerst een paar maanden naar Nederland om in te burgeren (Giuseppe wist me na een paar dagen details over de genealogie van het Oranjehuis te vertellen) en worden vervolgens op Cern gestationeerd.

Want ondanks dat het world wide web is uitgevonden en we elkaar suf emailen, is uiteindelijk de ‘wandelgang’ op Cern de meest nuttige bron van informatie. Natuurlijk, in talloze onderlinge presentaties met beamers worden de resultaten getoond, maar vooral het filteren van informatie is niet een twee drie duidelijk. Dan moet je samen koffie drinken, elkaar opzoeken in je kantoor en ‘s avonds nog eens doorbomen met een biertje. Kortom, je moet op Cern zijn.

Maar dan moet je wel een goede werkplek hebben, liefst op de ‘Meyrin site’; een langwerpig gebied van bijna twee kilometer lang dat vol staat met kantoren van zeer twijfelachtige architectuur. Elk gebouw heeft een nummer (zonder een al te opzichtig logisch nummering systeem), en staat met straten als ‘route Einstein’ of ‘route Bakker’ met elkaar in verbinding.

Een van de nieuwere gebouwen, met nummer 40, is optimistisch gebouwd in de vorm van een ‘H’ en vormt het zenuwcentrum van de Atlas en CMS collaboraties. Daar, met honderden instituten, hebben wij Nederlanders op de tweede verdieping een kleine ruimte waar tientallen ‘tijdelijke’ gasten staan ingeschreven. Elders op het terrein hebben we nog een paar kantoren maar alles bij elkaar veel te klein om ook onze nieuwe medewerkers te huisvesten. Kantoorruimte is schaars - op heel Cern is er vrijwel niet aan te komen.

Daarom was ik blij dat we afgelopen week eindelijk een nieuw kantoorruimte konden betrekken, in gebouw 54 op 10 minuten wandelen afstand. Stel je er niet teveel van voor. De Atlas detector is het hoogstandje op technologische vlak, maar werkplaatsen op Cern voldoen niet altijd aan ARBO eisen. In ons nieuwe kantoor met ‘het mooiste uitzicht op de Mont Blanc’ staan een paar oude buro’s en zitten we de eerste dagen op dozen. Twee Italianen en drie Nederlanders begonnen maandag gebroederlijk de PC’s te installeren en in de middag waren ze de muren aan het decoreren met zowel oranje vlaggetjes als het blauw van de Azzuri’s. De volgende dag hadden we de eerste bijeenkomst in dit kantoor waar we de computer tests van botsingen met top-quarks bespraken. De discussies waren geanimeerd en veel was nog onbegrepen - dit zijn de broodnodige voorbereidingen voor de eerste botsingen later dit jaar. De blauwe decoraties bleken ineens onzichtbaar omdat er twee lege dozen voor waren geschoven.

Met man en macht wordt aan de LHC gewerkt om binnen afzienbare tijd protonen met deze gloednieuwe machine te laten botsen. Wij, betrokken bij de Atlas detector die deze botsingen vervolgens registreert, waren druk met de voorbereidingen bezig toen het bericht kwam: al ‘droogzwemmend’ blijkt de voltooiing van LHC nu heel dichtbij maar er is wel een onverwacht probleem aan het licht gebracht. De eerste botsingen zullen deze zomer ‘zeker’ komen, al zullen ze niet op volle kracht plaatsvinden.

Om de bundel protonen in hun cirkelvormige baan van bijna 27 kilometer te houden en niet te verliezen in de rotsen onder het meer van Geneve, heb je sterke magneten nodig. Hun ontwerp staat dan ook bol van de superlatieven: het hart van de LHC wordt gevormd door 1232 dipool magneten van 15 meter lang. Deze dipool magneten moeten in staat zijn om een magneetveld op te wekken dat ongeveer 150000 zo sterk is als het magnetisch veld van de aarde. Het magneetveld wordt opgewekt door een elektrische kringstroom van 12000 Ampère en de magneten zijn om deze reden ‘supergeleidend’. Maar dan moeten de magneten wel worden afgekoeld tot een temperatuur van 271 graden Celcius onder nul en is het koper vervangen door een mix van titaan en niobium. Voor de afkoeling wordt vloeibaar helium gebruikt, waarvan ongeveer 30 procent van de hele wereldvoorraad op CERN te vinden is. De magneten zijn stuk voor stuk geïnstalleerd en bekabeld, en liggen allemaal in de tunnel klaar om te worden afgekoeld.

Dit gedeelte van het project verloopt prima en ongeveer de helft van de magneten zijn nu afgekoeld en supergeleidend. Rond eind juli moet het afkoelen klaar zijn en kunnen de eerste bundels protonen rondgaan. Het zal dan ongeveer nog twee maanden duren voordat de eerste botsingen plaatsvinden. De officiële opening van LHC is op 21 oktober, en het is de vraag of alles dan zal werken.

Om geen tijd te verliezen is met de afgekoelde magneten alvast begonnen met ‘droogzwemmen’. Er wordt stroom door de spoelen gestuurd alsof ze de bundel protonen rondsturen. En hier kwam een probleem aan het licht: bij ongeveer 10000 Ampere bleek een aantal van de magneten te ‘trippen’. Trippen is geen nieuwe rage, maar betekent dat de magneet zijn supergeleidende eigenschappen verliest. Dat trippen is op zich niets vreemds en wordt verholpen door simpelweg de stroom er opnieuw door te sturen (waardoor het fijnmazige netwerk van supergeleidende filamenten zich herschikken tot een stabieler geheel). Maar het is onbekend hoeveel dipolen er nog meer zullen trippen en je bent voor elke trip een dag kwijt om supergeleiding weer terug te krijgen. In deze tijd is de LHC machine onbruikbaar. Daarom is besloten dit jaar de magneten niet voluit aan te zetten en dat betekent dat de bundel protonen tot ongeveer 70 procent van de maximale energie kan gaan om niet uit de bocht te vliegen. Maar ook: geen trips.

Jammer natuurlijk, maar wel verstandig - wij bij Atlas hebben liever een flinke hoeveelheid botsingen met een goedlopende machine dan continue onderbreking van de metingen door irritante magneet trips. En bovendien hebben we dit jaar voldoende aan ons hoofd om ook met lagere botsingsenergie onze eigen detectie apparatuur te testen. Gelukkig is in elk geval de bundelpijp niet groot genoeg om bierflesjes in te stoppen; de reden waarom jaren geleden de LEP versneller voor een flink aantal maanden plat lag.