Coronavirus legt ook natuurkunde-experimenten plat

Natuurkunde Duizenden natuurkundigen werken vanuit huis aan omvangrijke experimenten, zoals deeltjesversnellers en quantumcomputers.

De onderzoeksgroep van Lieven Vandersypen (bovenste rij, tweede van links) heft het glas in een videovergadering. „Ik vind het mooi om te zien hoe de sfeer goed blijft.”
De onderzoeksgroep van Lieven Vandersypen (bovenste rij, tweede van links) heft het glas in een videovergadering. „Ik vind het mooi om te zien hoe de sfeer goed blijft.”

Wereldwijd worden grote fysische experimenten stilgelegd. Of ze draaien op een lager pitje met minimale bezetting vanwege het rondwarende coronavirus. Maar kwetsbare apparatuur of het kilometers lange vacuümsysteem van een zwaartekrachtgolfdetector laat je niet zomaar achter. Wat betekent de wereldwijde coronacrisis en lockdown voor natuurkundig onderzoek?

De Zwitserse grenzen zijn dicht. Maar met een ID-kaart van het Europese deeltjesfysica-instituut CERN komt je de Frans-Zwitserse grens bij Genève nog wel over, vertelt Freya Blekman, hoogleraar aan de Vrije Universiteit Brussel en werkzaam bij CMS, een van de vier grote detectoren van ’s werelds grootste deeltjesversneller, LHC. Veel gebeurt daar niet. Voor de lockdown werd er hard gewerkt om de detectoren voor te bereiden op nieuwe deeltjesbotsingen vanaf 2021. „Op dit moment wordt er niet aan de detectoren gewerkt”, zegt Blekman. „We zijn wel plannen aan het maken hoe we met social distancing veilig kunnen doorwerken.”

De CERN-fysici vervelen zich nog niet. „De analyse gaat nog op volle stoom door”, zegt Blekman. „Bij CMS hebben we gedeeltes van de dataset uit 2015-2018 nog niet volledig geanalyseerd. Dit werk gebeurt online en kan dus gewoon doorgaan.” Het enige wat nodig is, is toegang tot het CERN-rekennetwerk.

De data-analyse van de rimpelingen in de ruimtetijd die gemeten worden door de zwaartekrachtgolfdetectoren LIGO en Virgo staat wel op een lager pitje. „Voor sommige onderdelen gebruiken we supercomputers of computernetwerken. Een deel van die computerkracht is nu nodig voor simulaties gerelateerd aan Covid-19. Dat is heel begrijpelijk, maar het heeft wel impact op ons onderzoek”, zegt hoogleraar Jo van den Brand, Virgo-woordvoerder.

Lees over het werk van LIGO: Het is echt waar: zwaartekrachtgolven bestaan

„Sinds half maart werkten we bij de Virgo-detector in Italië al met minder dan twaalf mensen ter plaatse”, vertelt Van den Brand. „We kunnen de detector op afstand aansturen, maar als er iets gebeurt moet je bedenken hoeveel mensen er tegelijkertijd nodig zijn om het probleem op te lossen. Hun gezondheid komt altijd op de eerste plaats.” De zwaartekrachtgolfdetectoren zouden tot 30 april meten, maar zijn op 27 maart uitgezet. Een deel van de elektronica blijft aan om de kwetsbare meetinstrumenten in de gaten te houden.

Veilig onder de grond

Sommige experimenten kunnen wel doorgaan dankzij besturing op afstand, zoals XENONnT, een detector die 1.400 meter onder de grond in het Italiaanse Gran Sasso gaat speuren naar de nog hypothetische donkeremateriedeeltjes. De detector is nog in aanbouw, maar zelfs tussentijdse tests kunnen vanuit huis. „We zijn het systeem nu op afstand vacuüm aan het pompen”, vertelt hoogleraar Patrick Decowski van het Nederlandse onderzoeksinstituut Nikhef. „We proberen ook zoveel mogelijk de volgende stappen van de bouw op afstand voor te bereiden door in kaart te brengen welke onderdelen niet goed lijken te werken. Die kunnen dan meteen gerepareerd worden als we er weer bij kunnen.” Op dit moment zijn slechts een paar mensen aanwezig in het ondergrondse lab.

Nu loopt het soepel, maar een paar weken geleden was het nog spannend bij XENONnT. „De lockdown in Italië was qua timing zeer ongelukkig voor ons”, zegt Decowski. „Het hart van ons experiment was net klaar en moest zo snel mogelijk naar de vacuümruimte onder de grond.”

Het apparaat mag niet te lang blootgesteld worden aan de lucht omdat er licht radioactief radongas in zit dat aan de detector kan vastplakken. Dat zou de metingen verstoren. Door de lockdown waren er nog maar vijf mensen beschikbaar in plaats van tien tot twaalf. Zij beschikten niet over alle specialistische kennis. Vanuit Nederland zou er bijvoorbeeld iemand afreizen om de 500 kabels van het data-acquisitiesysteem goed in te pluggen.

„Gelukkig is het die vijf helden, via mailen en videobellen met experts, gelukt om de detector veilig en goed onder de grond te krijgen”, zegt Decowski. Omdat er veel is gewerkt in superschone cleanrooms was er weinig besmettingsrisico. „Mensen dragen daar sowieso al een apart pak, mondkapjes en zelfs twee paar latexhandschoenen.”

Bij de experimentele kernfusiereactor ITER in Zuid-Frankrijk gaat de bouw ook door. Er is een harde deadline: 2025. „Op het bouwterrein is het aantal aanwezigen sterk verminderd, maar tot dusver hebben we de cruciale aspecten van de bouw en de montage voorbereidingen kunnen voortzetten”, mailt Laban Coblentz, hoofd communicatie.

Ook de levering van onderdelen gaat door. De eerste in Italië geproduceerde supergeleidermagneet is onlangs in de haven van Marseille aangekomen en wordt binnenkort naar de ITER-locatie gereden. „Op de huidige manier kunnen we productief doorgaan”, zegt Coblentz. „Maar we weten dat de crisis zal blijven evolueren en wij zullen onze werkmethodes moeten blijven aanpassen.”

De gevolgen van de coronacrisis hebben zelf het uitgestrekte grasland van de pampa in Argentinië bereikt. Daar staan ruim 1.600 detectoren verspreid over 3.000 vierkante kilometer. Ze meten kosmische deeltjes die vanuit het heelal op ons af komen. „Sinds 18 maart werken de medewerkers in Argentinië vanuit huis”, vertelt Jörg Hörandel, hoogleraar aan de Radboud Universiteit en betrokken bij dit Pierre Auger Observatory. „We hopen dus dat er niets stuk gaat, want er kan voorlopig geen onderhoud plaatsvinden.”

Virtueel het glas heffen

Kleinschaliger experimenten zoeken hun eigen manieren om door te gaan, zoals in de labs van QuTech, het quantuminstituut van TU Delft en TNO. Daar wordt gewerkt aan onderdelen voor een toekomstige quantumcomputer. Ze maken en testen chips met quantumbits en aansturingstechnieken. „De labs zijn open, maar beperkter, met inachtneming van de regels”, vertelt hoogleraar Lieven Vandersypen. „De aansturing van de meetapparatuur kan vanuit huis, maar soms moet je naar het lab om chips te vervangen of vloeibaar stikstof bij te vullen.”

Het vloeibare stikstof zorgt met vloeibaar helium voor de extreem lage temperaturen die nodig zijn. „Bij deze en andere mogelijk gevaarlijke handelingen met chemicaliën moeten er genoeg bedrijfshulpverleners aanwezig zijn”, voegt Richard Versluis van TNO toe. „Zolang die er zijn en er stikstof geleverd wordt, kunnen wij doorgaan.”

„Ik vind het mooi om te zien hoe de sfeer in de onderzoeksgroep goed blijft”, zegt Vandersypen. „Eind maart hoorde dat ik dat ik een grote Europese (ERC) subsidie kreeg. Dat hebben we gevierd door via Zoom samen virtueel het glas te heffen.”