Thema 5
Ontwikkelen en bouwen
Voor het onderzoek naar de kleinste deeltjes is geavanceerde techniek nodig.
Vaak moet die nog ontwikkeld worden. Nikhef heeft een lange traditie in het zelf ontwerpen en bouwen van de benodigde technologie voor grote experimenten.
De technische afdelingen vormen daarmee een wezenlijk onderdeel van het instituut. Hun werk geeft Nikhef-wetenschappers een stevige ingang bij internationale projecten en samenwerkingen in deeltjes-, astrodeeltjes- en zwaartekrachtsgolvenonderzoek.
In Amsterdam zijn drie grote technische afdelingen van Nikhef gevestigd: Mechanische Technologie, Elektronica Technologie en Computer Technologie. Daarnaast heeft Nikhef afdelingen voor Detector R&D en Physics Data Processing. Er zijn werkplaatsen, laboratoria en ontwerp- en serverruimtes. Nikhef huisvest en beheert ook een van de grote dataknooppunten in het netwerk dat onderzoekers verbindt met de meetgegevens op onder meer CERN.
Computertechnologie en dataverwerking
De analyse van deeltjessporen begint met het verzamelen van vaak enorme hoeveelheden gegevens in experimenten. Nikhef is van oudsher een pionier in het opslaan en verdelen van dat soort data, en ook in het analyseren ervan.
De afdelingen Computer Technologie (CT) en Physics Data Processing (PDP) werken aan geavanceerde technologieën hiervoor. In veel projecten speelt Nikhef internationaal een voortrekkersrol. Daarbij houdt het instituut steeds het oog op een toekomst met nog meer data.
Nikhef herbergt in Amsterdam een groot eigen datacentrum, waar servers gegevens uit bijvoorbeeld CERN binnenhalen voor analyses door wetenschappers. Het datacentrum is een van de internationale knooppunten in het dataverkeer en rekenwerk in de deeltjesfysica. Nikhef staat in Amsterdam op de Europese hoofdverbinding van het internet, en beschikt over de snelste dataverbindingen in Europa.
Elektronica Technologie
Detectoren worden gebouwd om deeltjes zichtbaar te maken. In bijna alle gevallen gebeurt dat met ladings- of lichtgevoelige sensoren, die elektrische lading afgeven als een deeltje passeert. Deze lading wordt met elektronica omgezet in detectorsignalen. Deze worden daarna gedigitaliseerd zodat computers ze kunnen verwerken.
Nikhef heeft een grote afdeling Elektronica Technologie (ET). Die ontwerpt, bouwt en test veel prototypes van elektronica voor het verwerken van detectorsignalen tot gegevens waarmee wetenschappers aan de slag kunnen.
De benodigde elektronica is vaak zo specifiek dat deze speciaal moet worden ontwikkeld. Dit gebeurt in samenwerking met wetenschappers van de experimenten en de Detector R&D-afdeling, ook in internationaal verband. De afdeling werkt met de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van micro-elektronica. De ontworpen elektronica wordt uiteindelijk door bedrijven in grote aantallen geproduceerd voor het gebruik in de verschillende detectoren voor deeltjes- en astrodeeltjesonderzoek.
Detector Onderzoek en Ontwikkeling
Detectoren zijn de zintuigen van de deeltjeswetenschap. Door ze nog fijngevoeliger te maken, kunnen natuurkundigen nog meer van de deeltjeswereld ontdekken. Detectortechniek balanceert per definitie op de rand van het haalbare.
De afdeling Detector R&D van Nikhef ontwikkelt en bestudeert nieuwe, nauwkeurigere sensortechnieken en test hun bruikbaarheid voor de grote experimenten op CERN en elders. Steeds meer wordt daarbij gebruikgemaakt van chipachtige sensoren van halfgeleiders als silicium. Fast timing, het in nog snellere tijdstappen verwerken van een stortvloed aan signalen, wordt steeds belangrijker. Daarnaast moeten sensoren en detectoren gehard worden tegen bijvoorbeeld straling of extreem lage temperaturen.
Sommige sensoren uit de deeltjesfysica kunnen worden toegepast buiten de wetenschap, bijvoorbeeld in de medische beeldvorming. Dit heeft geleid tot enkele spinoffbedrijven.
Mechanische Technologie
Deeltjesdetectoren vergen vaak speciale constructies om alle onderdelen en componenten precies te installeren en op hun plaats te houden. De werkstukken zijn vaak uniek in de wereld.
De afdeling Mechanische Technologie (MT) van Nikhef ontwerpt en bouwt constructies op maat voor detectoren in de (astro)deeltjesfysica. De afdeling bestaat uit een groep gespecialiseerde ontwerpers en instrumentmakers en beschikt in Amsterdam over een grote, moderne werkplaats. Zij werken nauw samen met wetenschappers en andere technische afdelingen en kunnen werken met alle mogelijke materialen en onder zeer strikte eisen aan afmetingen en eigenschappen. Vaak gebeurt dit in internationaal verband.
De afdeling bouwt onder meer mee aan de detectoren op CERN, de Virgo-zwaartekrachtsgolfdetector in Pisa, de testfaciliteit voor zwaartekrachtsgolfdetectie ETpathfinder in Maastricht en detectorlijnen voor de KM3NeT-neutrinotelescoop in de Middellandse Zee.