Hoe komen deeltjes aan hun massa? Waaruit bestaat de onbekende 96% van de massa van het heelal? Waarom bestaan wij uit materie en niet uit antimaterie? Dat zijn de vragen waar het Atlas experiment zich op richt. Ruim 1800 wetenschappers uit 165 universiteiten en laboratoria uit 35 landen, waaronder het Nederlands instituut voor subatomaire fysica Nikhef, bouwen gezamenlijk de Atlas detector en bereiden zich voor op de stroom aan gegevens die vanaf volgend jaar geproduceerd zal worden. Het Nederlands instituut voor subatomaire fysica NIKHEF is een samenwerkingsverband tussen de stichting FOM (Fundamenteel Onderzoek der Materie), en vier universiteiten (de Vrije Universiteit en de universiteiten van Amsterdam, Utrecht en Groningen).

De Atlas barrel toroide bestaat uit acht gigantische supergeleidende spoelen, die ieder de vorm hebben van een rechthoek met ronde hoeken, 5 meter breed en 25 meter lang, opgesteld in een cirkel van 22 meter diameter. Iedere spoel heeft een massa van meer dan 100 ton, en is in het experiment geplaatst met een precisie van een millimeter. De spoelen leveren een magneetveld van gemiddeld 0,5 Tesla in het hele volume. Atlas, met zijn totale lengte van 46 meter, is het grootste experiment ooit gebouwd in de deeltjesfysica.

Het grote magneetveld in de deeltjesdetector is nodig om muonen, geproduceerd bij de botsingen van deeltjes in de LHC versneller, af te buigen en te registreren in de muonkamers. Geproduceerde muonen zijn een aanwijzing voor het zogenaamde Higgs deeltje. Wetenschappers zijn er naastig naar op zoek omdat het helpt verklaren waarom deeltjes massa hebben, één van de grote vragen in de natuurkunde op dit moment.

TGV op topsnelheid

In tegenstelling tot vergelijkbare detectoren heeft Atlas geen grote hoeveelheden metaal nodig voor de geleiding van het magneetveld. Dit komt door de vorm van het magneetveld: het bevindt zich binnen de donut-vorm die begrensd wordt door de spoelen. Hierdoor kan de Atlas detector heel groot zijn en kunnen de metingen zeer nauwkeurig zijn.

Op het Nikhef zijn onder andere de magneetveldsensoren gemaakt die op honderden posities de grootte van het magneetveld meten. “We kunnen nu zeggen dat de ATLAS barrel toroide klaar is voor de eerste LHC botsingen,” concludeert Nederlander Herman ten Kate, projectleider van het ATLAS magneet systeem op CERN.

De Atlas barrel toroide is in de zomer gedurende zes weken afgekoeld naar een temperatuur van -269° C. Vervolgens is stapsgewijs de stroom door de spoelen aangezet, tot er op 9 november in totaal 21.000 Amperes doorheen gingen. Daarna is de stroom stopgezet en is de opgeslagen magnetische energie van 1,1 GigaJoule, vergelijkbaar met de energie van een TGV trein op topsnelheid, veilig weggeleid.

Voordat de magneet aan kon worden gezet is de hele Atlas pit van alle metalen achtergebleven spullen ontdaan die anders letterlijk door de detector zouden vliegen. Duizenden kabelklipjes werden verwijderd in de honderdtwintig vuilniszakken, die allemaal gevuld uit de pit omhoog werden vervoerd. “Gelukkig is de schoonmaak geslaagd. Ik moet er niet aan denken dat een vergeten schroevendraaier grote schade had aangericht! Maar het is wel een gek idee dat zo’n dure detector ook gewoon gestofzuigd moet worden”, zegt Stan Bentvelsen, programmaleider van Atlas in Nederland.