Norges teknisk-naturvitenskapelige universitetet

Protonknuseren i Genève etterlyser interesserte NTNUere

Denne ukas besøk fra CERN her på NTNU inngår i et større samarbeid. CERN er særlig interessert i å etablere kontakter med faglærere som kan fungere som bindeledd mellom NTNU og CERN, slik at samarbeidet kan bli vitalisert. Det finnes også mange svært spennende muligheter for NTNU-studenter ved en av verdens mest avanserte forskningsinsitusjoner. Interesserte bør kjenne sin besøkelsestid og søke stipend før 5. mars.

På Europaturnéen til Anne Sophie Mutter og TrondheimSolistene i høst rakk vi også innom CERN i Genève.  I dag er det gjenbesøk her på NTNU. Representanter fra CERN besøker faktisk NTNU regelmessig. De er særlig interesserte i å etablere kontakter med faglærere som kan fungere som bindeledd mellom NTNU og CERN, slik at samarbeidet kan bli vitalisert. Det finnes også mange svært spennende muligheter for NTNU-studenter ved en av verdens mest avanserte forskningsinsitusjoner.

Ikke helt som stereotypien

Stereotypien det fleste av oss har om CERN er et sted der noen tusen fysikere i hvite frakker og håret strittende til alle kanter springer rundt og leter etter kvarker og bosoner, og prøver å forstå hva som skjedde i det første milliardte­dels sekundet etter «the Bing Bang».

Det stemmer ikke, i hvert fall ikke helt.

Riktignok foregår verdens fremste eksperimentelle partikkelfysikkforskning her, og eksperimenter i disse laboratoriene ser nå ut til å ha observert Higgs-bosonet, en lenge «ettersøkt» partikkel. Og der er nesten 3500 ansatte og kontraktører der. Men bare 2-300 er partikkelfysikere. Partikkelfysikkforskerne, 11000 av dem, sitter stort sett i sine hjemmebaser over hele verden, og har bare korte opphold ved CERN.

Verdens mest avanserte forskningsinfrastruktur

Hva gjør da de drøyt 3000 andre ved CERN? 

Foto/copyright: CERN.

Jo, de bygger og driver det som vel må være verdens mest avanserte forskningsinfrastruktur. Large Hadron Collider er i sannhet et imponerende anlegg. Hør bare på et knippe utvalgte fakta:

I en sirkelformet tunell 80 meter under bakken, med en omkrets på 27 kilometer går det to rør med en diameter på ca 4 centimeter. Trykket i rørene er under 10-7 Pascal, som svarer til 10-12 av atmosfæretrykket.  I disse rørene går det en strøm av protoner hver sin vei, med en hastighet kloss oppunder lysets. Det vil si at de rekker 11 000 runder i den 27 km lange tunellen på ett sekund. Protonene er pent pakket sammen i pakker på drøyt 100 milliarder i hver. Det er 2800 slike pakker rundt ringen, hver med en lengde på litt under 8 cm og et tverrsnitt på ca 20 mikrometer.  Det er altså nesten 10 meter mellom hver protonpakke. For å holde dem i sirkelbanen i tunellen, bøyes strålen av med magneter. Det er styrken på magnetene som avgjør hvor stor avbøyning man får, og dermed hvor stor diameter ringene må ha får å kunne «huse» en protonstråle med nesten lysets hastighet. Den praktiske grensen for magnet er i dag en feltstyrke på 8-9 Tesla. Til det kreves det superledende elektro­magneter, som bygges i seksjoner på knapt 15 meter. 23 km av omkretsen av tunellen dekkes av 1232 slike magneter. De må nedkjøles av superflytende helium ved en temperatur på 1.9o Kelvin, altså under den temperaturen vanlig flytende helium har. Energien i protonstrålene svarer til bevegelsesenergien i et stort passasjerfly i lufta. For å gjøre det hele litt mer «spennende», så kan det skje at kan en magnet feiler, eller strålen kan bli ustabil av andre grunner. Hvis protonstrålene kommer ut av kontroll, kan de gjøre dramatisk stor skade på anlegget. Denne situasjonen må instrumenteringen kunne oppdage, og tømme ringene for protoner og kvitte seg med denne energimengden i løpet av brøkdelen av et sekund.

Gigantisk fotoapparat

På fire steder er det laget eksperimenthaller, der de to rørene krysses og protonstrømmene kan kollidere. I ett av krysningspunktene ligger detektoranleggene ATLAS. Det er bygget en kjempestor underjordisk fjellhall for å huse det. Anlegget veier ca 7000 tonn, er 43 meter langt og 22 meter i diameter.

Kollisjonssonen der rørene krysser hverandre er ca 5 cm lang. Når to protonpakker krysser hverandre skjer det ca 20 protonkollisjoner. Når det er 100 milliarder protoner i hver pakke skjønner vi at det med så små partikler som skal treffe hverandre, ikke er stor sannsynlighet for kollisjon. Men siden det er 40 millioner pakker som krysser hverandre hvert sekund, skjer det likevel bortimot en milliard kollisjoner pr sekund.

ATLAS-detektoren er egentlig et gigantisk fotoapparat som omgir rørene, og som registrerer de partiklene som skapes i kollisjonene. Det tas «bilder» i alle retninger og i et meget bredt strålingsspektrum. 40 millioner bilder i sekunder blir det, det blir det virkelig «big data» av.

Datareduksjon blir derfor en viktig oppgave, og det er laget meget sofistikerte metoder for å identifisere hvilke hendelser og bilder det er verdt å ta vare på for nærmere analyse.

Kollisjoner skaper positroner

I kollisjonene skapes det også noen positroner – antimaterievarianten av et elektron. Et fascinerende lite eksperiment som det ble arbeidet med utenom selve akseleratorringen var å lage en innretning som skulle være i stand til å måle vekten på et positron, dvs å måle hvordan det oppfører seg i et gravitasjonsfelt. Bare tanken på å veie antimaterie er jo litt vanskelig å fatte. I dette prosjektet var det flere studenter som var engasjerte.

Hvis du ikke har mistet pusten ennå, finner du enda mye mer på disse stedene: LHC , LHC Design Report og ATLAS

For å lage og drive et slikt anlegg,  trengs det mest avanserte som finns av teknologi, og i mange tilfeller teknologi som ikke finnes, men må spesialutvikles for å tilfredsstille de behovene LHC har. Virksomheten må derfor engasjere seg i å flytte teknologifronten på mange andre områder enn fysikk.

Og dette dreier seg om alle slags teknologi, fra avansert sensorteknologi, lynhurtig elektronikk, høyhastighets bildebehandling, geomatikk med ekstremt nøyaktig posisjoneringsmåling (det må for eksempel korrigeres for den nedbøyning som skjer av rørene som fører protonene på grunn av at vekten av ATLAS-detektoren får fjellgrunnen til å bøyes ned.), byggemetoder med ekstremt nøyaktige dimensjoner, meget avanserte styringssystemer, visualiseringsmetoder av store datamengder, magnetteknologi, inkludert kryoteknologi og superledning, pluss en mengde andre teknologier – mange av dem arbeides det med ved flere institutter ved NTNU.

Besøk fra NTNUs entreprenørskole

Under vårt besøk ved CERN var årets kull fra NTNUs entreprenørskole på besøk. Deres oppdrag var å gå gjennom en del av CERNs teknologiportefølje for å se etter potensiale for kommersialisering i andre anvendelsesområder enn de CERN har utviklet dem for.

Kreftbehandling

Et eksempel på ting som kunnskapen har gitt bidrag til, er utvikling av det som kalles protonterapi, en ny strålingsterapi i kreftbehandling. Det spesielle med denne terapien er at den kan siktes inn mot en kreftsvulst og ødelegge den, uten å gjøre så mye skade på omliggende vev som tradisjonell røntgenstråling forårsaker. PET-scannere bygger også på kunnskap fra CERN.

Opp gjennom CERNs historie har det vært god kontakt med NTH/fagmiljøer. Det finnes flere eksempler på ting i akseleratoranlegget som har blitt til gjennom NTNUs bidrag. I de senere årene har kontakten blitt redusert noe, og CERN ønsker å revitalisere samarbeidet.

Mange muligheter for NTNU-studenter

Det er mange muligheter å benytte seg av.

Det finnes et stipendprogram for teknologistudenter hvor man kan søke om opp til 12 måneders stipend og f. eks gjøre prosjekt- og masteroppgave. Alle slags teknologistudenter kan i prinsippet søke, og det er faktisk lettere for ikke-fysikkstudenter å få stipend enn for fysikkstudenter.

Det finnes også doktorgradsprogram som delfinansierer doktorstudier, og det finnes postdok-muligheter. Flere som har vært ved CERN på opphold har gått inn i avanserte norske instrumenterings- og offshorebedrifter. Neste søknadsfrist for begge disse stipendordningene er 5. mars.

Avansert utdanningstilbud

Behovet for slik kompetanse aktualiseres nå også i Norge. Norge går inn i ESS- prosjektet i Lund (European Spallation Source – et nøytronanlegg som blant annet vil kunne brukes som et gigantisk mikroskop som kan se på materialer på atomære dimensjonsnivå). Dette prosjektet vil ha behov for mange av de samme akseleratorteknologiene som benyttes ved CERN, og det er etablert nært samarbeid mellom ESS og CERN.

De siste to ukene i august skal CERN arrangere «CERN Accelerator School» her ved NTNU. Dette er trolig det det mest avanserte utdanningstilbudet i akseleratorteknologi i verden.

Stikkord: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Stengt for kommentar.

Toppen