`Ah, you go to CERN', zegt de taxichauffeur op het vliegveld. `Swiss or French side?' CERN, het Europese laboratorium voor deeltjesfysica, bevindt zich in het grensgebied van Frankrijk en Zwitserland, iets ten westen van Genève. Het is warm vandaag, een staalblauwe lucht hangt boven het complex. Dankzij het heldere weer zijn de Alpen en de Jura goed zichtbaar. In de verte glinstert de Mont Blanc.
 |
| De omvang van het ondergrondse experiment is indrukwekkend. |
Het is een magnifieke plek om te wonen en te werken, zegt Herman ten Kate (52) in de hoofdreceptie van het onderzoekscentrum, waar CERN-puzzels, CERN-stropdassen, CERN-horloges en andere parafernalia uitnodigend in vitrines liggen. Ten Kate woont met zijn gezin net over de grens in Frankrijk. `Heerlijk ruim en rustig. Het is hier gemiddeld zo'n 2,5 graad warmer dan in Nederland, de natuur ligt zes weken voor. We wonen hier goed. Maar ook qua werk is dit een mooie plek, van CERN is het tien minuten rijden naar vliegveld Cointrin. We hebben geen last van lange aanvoerroutes.' En dat is handig, als je zoals Ten Kate eens in de twee weken naar Enschede reist, voor het bijzonder hoogleraarschap bij de vakgroep lage temperaturen van de faculteit TNW.
 |
| De contouren van de deeltjesversneller zoals die bij Genève onder de grond ligt met op de achtergrond het Meer van Genève. Langs de ring is de locatie van de vier experimenten zichtbaar. Atlas en CMS zoeken beide naar het Higgsdeeltje. De Alice-detector richt zich op het observeren van zware-ionenbotsingen. De LHCb wil onderzoeken waarom er verschil is in de hoeveelheid materie en antimaterie in het heelal (Beeld: CERN). |
Vandaag leidt Ten Kate een aantal UT-studenten rond. Vijftig bachelors van de opleidingen technische natuurkunde en advanced technology. Ze maken deze week een korte buitenlandreis die hen naar Karlsruhe, Lausanne, Genève, Lyon en Parijs voert. Met een eigen bus toeren ze nu de hele dag over het CERN-terrein. `Voor zulke dingen maak ik graag tijd', zegt Ten Kate. De reden daarvoor is simpel. `Zij zijn de promovendi van morgen en wellicht in de toekomst nieuwe onderzoekers op CERN. Ah, daar zul je ze hebben.'
Een bus met vijftig lichtblauwe polo's stopt voor de receptie. Hier en daar gaan vermoeid wat ogen open. Oh, zijn we er al? Denise Leusink van de Bucom stelt Ten Kate op de hoogte van een mutatie in de groep. `Net voor vertrek werden we gebeld door een van de deelnemers. Acute blindedarmontsteking. Dus hebben we om drie uur 's nachts de eerste persoon op de wachtlijst gebeld. Of hij om half zes `s ochtends klaar kon staan. Dat was geen probleem.' Het is een populair reisje. Denise: `Er kunnen vijftig mensen mee, er waren honderd aanmeldingen. We hebben moeten loten. En ja, dat komt vooral door CERN.'
 |
| Bedrijvigheid onder de grond. Te zien is een zogenoemd ‘Big Wheel’ met muonkamers erop gemonteerd. |
Tja, CERN is toch wel het Mekka voor veel fysici. Herman ten Kate zei er in ieder geval geen nee tegen toen hij in 1995 werd gepolst om als Magnet Project Leader voor het Atlas-project naar Genève te komen. `Ik had technische natuurkunde gestudeerd in Twente, ik was gepromoveerd op supergeleiding op een FOM-plaats, ik had daarna een leuke en goedlopende groep opgebouwd op de UT. Maar tegen de aanbieding van CERN kon ik geen nee zeggen. Om aan zo'n unieke machine mee te werken, dat maak je in je carrière maar één keer mee.'
 |
| Studenten technische natuurkunde en advanced technology krijgen een rondleiding over het terrein. |
Dat Ten Kate werd gevraagd, had te maken met het feit dat hij op dat moment in samenwerking met NIKHEF al een magneetproject voor CERN deed. Het nationale instituut voor kernfysica en hoge energie fysica in Amsterdam participeert samen met 163 andere fysica-instituten uit 32 verschillende landen in de Atlas-detector. Het is één van de vier experimenten die langs de deeltjesversneller, de Large Hadron Collider, staan. De LHC, die door CERN wordt gebouwd en bijna operationeel is, is een 27 kilometer lange cirkelvormige baan, honderd meter onder de grond. Door die ring razen straks met grote snelheid twee protonenbundels rond, elk een andere kant op. Ter hoogte van de vier experimenten (met de namen ATLAS, ALICE, CMS en LHCb) worden de protonenbundels met elkaar in botsing gebracht zodat de deeltjes uiteenspatten. De sporen van die botsingen, tot 1 miljard per seconde, worden door de detectoren gemeten. Het interessante deel ervan wordt vastgelegd.
Elk experiment behoort toe aan een consortium van fysici, van over de hele wereld. Nederland levert, middels het NIKHEF, een belangrijke bijdrage aan Atlas. De gigant bevat vier soorten detectoren, vier schillen, die elk gevoelig zijn voor een ander soort deeltjes. In de muonkamers bijvoorbeeld, de buitenste schil, worden muonen geregistreerd, een zwaar soort elektronen die een belangrijke rol spelen bij het vinden van het beroemde Higgsdeeltje. Vier supergeleidende magneetsystemen - de verantwoordelijkheid van Ten Kate - zorgen ervoor dat de deeltjes op de juiste manier in de detectoren worden afgebogen.
De Barrel Toroide is een van die magneetsystemen en stuurt de muonen in de muonkamers. Dit is de grootste supergeleidende magneet ter wereld. Om de grootte ervan aan te duiden: het ding bestaat uit acht supergeleidende spoelen die elk 5 bij 22 meter meten en stuk voor stuk meer dan 100 ton wegen. In november vorig jaar is deze megamagneet aangezet en op volle sterkte getest. Ten Kate: `Dat was eigenlijk de grootste uitdaging van dit hele project.' De magneet wekt een zeer sterk magneetveld op: er gingen 21000 Ampères doorheen. Vantevoren moest de gehele ondergrondse testruimte metaalvrij worden gemaakt. Ten Kate: `Als je op zo'n moment schoenen met stalen veiligheidsneuzen draagt word je naar de magneet toe gezogen en alle losliggende stalen sleutels en schroevendraaiers worden projectielen.' De Barrel Toroide is dus succesvol getest, twee andere magneetsystemen, de End Cap toroides, staan nog bovengronds en wachten op plaatsing. Dat gebeurt van de zomer. Nederland heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan deze supergeleidende End Caps, vertelt Ten Kate.
 |
| Herman ten Kate |
`Magneetje brassen?', grapt één van de studenten als Ten Kate hen de magnet test facility laat zien. In de LHC-tunnel staan ongeveer 7400 supergeleidende magneten opgesteld die moeten zorgen dat de protonenbundels in hun baan blijven. Al die magneten worden getest, naar beneden gebracht en op de millimeter nauwkeurig aan elkaar vastgemaakt. Dat karwei zit er bijna op. Buiten het testcentrum glanzen de laatste 15 meter lange magneten in de zon. Brassen zal niet gaan, de dingen wegen zo'n dertig ton per stuk.
Om de magneten in hun supergeleidende toestand te houden, moeten ze worden afgekoeld en dat gebeurt met vloeibaar helium. CERN heeft daartoe een eigen cooling plant. Vier heliummachines, de grootste ter wereld, produceren elk maarliefst dertigduizend liter helium per uur, vertelt Ten Kate.
Cooling plant en test facility, heel leuk allemaal, maar een ondergronds bezoek aan Atlas is toch wel het figuurlijke hoogtepunt van de dag. In roodgehelmde groepjes van maximaal twaalf - strikte veiligheidsvoorschriften - dalen de studenten af met de goederenlift. In deze liften worden ook de kleinere onderdelen voor Atlas vervoerd. Grotere onderdelen leggen de route naar beneden af via een van de twee schachten, waar twee enorme kranen met een gezamenlijke hijslast van 280 ton staan opgesteld. Het laten afdalen van de twee 270 ton zware End Cap Toroides, met een diameter van tien meter en een breedte van 5 meter, die deze zomer de detector zullen completeren, is nog een uitdaging voor deze kranen. Een gespecialiseerd bedrijf uit Parijs zal worden ingeschakeld om de immense gevaartes in de schacht te laten zakken.
De lift gaat naar beneden, honderd meter. De deuren gaan open, een klein stukje door een tunnel, nog een deur en daar staat ie. Atlas. Het ding is net zo groot als een gebouw van zeven etages, is 46 meter lang en 22 meter hoog. En dat alles honderd meter onder de grond, in een uitgegraven cavern van 50.000 kubieke meter. Hij is onvoorstelbaar groot, de studenten vergapen zich aan de reus. Camera's zoemen en klikken. Helaas voor de studenten is het experiment bijna klaar: van het binnenwerk is dus niet veel meer te zien.
Dat is wat er de afgelopen elf jaar tot stand is gebracht. Ten Kate zag al het materiaal voor zijn magneetsystemen stapsgewijs binnenkomen, veelal vervoerd met speciale transporten. `Soms waren de vrachtwagens te zwaar om een vergunning voor over de snelweg te krijgen. Dan kwamen ze via de bergweg over de Jura.' Hij moest samenwerken met vele instituten uit vele landen. `Bij dit soort projecten is het niet zo dat alle partners een zak met geld geven. Ze leveren hun bijdrage in natura. Om te zorgen dat al die aangeleverde onderdelen op elkaar aansluiten is een hels karwei. Een belangrijk deel van mijn werk is dus het bij elkaar brengen van vraag en aanbod en zorgen dat het goede wordt afgeleverd.'
Uitgebreid testen is vervolgens cruciaal. `Als het spul eenmaal onder de grond ligt, is er geen weg terug. Daarvoor ontbreekt het aan tijd en geld.' Ten Kate is in deze functie puur projectleider. Ik heb gezien de omvang van het project nauwelijks tijd voor onderzoek, ben meer manager dan wetenschapper. Maar ik heb mijn UT-achtergrond hier hard nodig, omdat je zo'n project alleen kunt leiden als je zelf de kennis in huis hebt. Anders overleef je niet op CERN.' Niet voor niets is er nog altijd de link met zijn vakgroep lage temperaturen in Enschede.
`Het Twentse netwerk breidt zich gestaag uit', zegt Ten Kate. `Mijn groep werkt samen met CERN aan nieuwe supergeleiders voor de volgende generatie versnellers en een UT-promovendus is hier ook gestationeerd. Een oud-promovendus van mij werkt hier inmiddels als staflid en is verantwoordelijk voor het testen van alle supergeleiders.'
Het is bijna onvoorstelbaar dat er zo'n immens apparaat nodig is om naar het allerkleinste te zoeken. Uit de miljoenen botsingen per seconde moet de Atlas-detector nu net die enkele bijzondere botsingen filteren die de fysica op zijn kop gaan zetten. Het vinden van het Higgsdeeltje is het belangrijkste doel. Volgens het standaardmodel van elementaire deeltjes móet dit deeltje bestaan, het is alleen nog nooit aangetoond. Wetenschappers vermoeden dat het Higgsdeeltje alle andere deeltjes hun massa geeft. Uit de botsingen die Atlas zal waarnemen, hopen ze het deeltje te kunnen reconstrueren.
Maar, ze zijn niet de enigen. Ook op het Fermilab in Chicago wordt er naar gezocht en de Amerikanen en de Europeanen bekijken elkaar met argusogen. Grote angst is dat de Amerikanen het vinden voordat Atlas operationeel is. `Ze zeggen dat ze er dichtbij zijn', zegt Ten Kate. `Dat zou natuurlijk een ramp zijn.'
Een andere concurrent zit dichterbij, een stukje verder op de ring. De CMS-detector, één van de andere drie experimenten in de tunnel, gaat óók zoeken naar het Higgsdeeltje. `Er is een andere groep fysici betrokken bij het CMS-experiment', legt Ten Kate uit. `Je moet het je zo voorstellen: CERN biedt de faciliteit die de deeltjes laat rondlopen. De experimenten zijn collaboraties met een eigen budget en eigen zeggenschap. Als Atlas iets vindt, dan zijn de resultaten eigendom van het consortium dat Atlas vormt. Voor CMS geldt hetzelfde.'
Atlasmensen en CMS-mensen zitten in hetzelfde gebouw, vertelt Ten Kate. Er is dus ook een CMS-magnet leader? `Ja.' Kent Ten Kate hem? `Ja.' Spreekt hij hem vaak? Lacht. `Nee.'
De concurrentie is groot, vertelt hij. Om mee te werken aan dit experiment moet je dan ook geen zenuwlijder zijn. `De druk is enorm. Iedereen werkt keihard, het gaat maar door. Het is gewoon een wedstrijd. CMS en Atlas willen beide die Nobelprijs winnen voor het vinden van het Higgsdeeltje.' Beide willen dus meteen in actie kunnen komen zodra de deeltjesversneller `aan' gaat. Ook Atlas had eigenlijk najaar 2007 moeten draaien, maar de deadline is inmiddels opgeschoven naar voorjaar 2008. Ten Kate: De instituten trekken constant aan mijn jas, ze pushen me, dat is een spanningsveld. Ik wil de kwaliteit bewaken, maar de tijd wordt me niet altijd gegund. En dat betekent dat ik soms risico's moet nemen.'
Zodra Atlas klaar is, zit het werk voor Ten Kate erop. Van de zomer gaan de laatste onderdelen er in, dan volgt de ultieme test van het hele systeem, en dan, begin 2008 kan Atlas draaien.
Ten Kate: `Laat iemand anders vervolgens die deeltjesbotsingen maar analyseren. Ik ben duidelijk een natuurkundig ingenieur, en geen theoretische fysicus. Ik ben niet zo'n Higgsmenneke, die zoektocht gaat aan mij voorbij. Natuurlijk is het interessant als ze het Higgs vinden, vooral omdat dit experiment dan z'n geld heeft opgebracht. Maar meer dan dat hoop ik op the unexpected. Nu nog denken we dat het kleinste legoblokje de quark is. Dat is het kleinste ondeelbare deeltje waaruit we bestaan. Het zou natuurlijk geweldig zijn als uit die botsingen blijkt dat er nog een niveau onder zit dat we nu nog niet kunnen zien. Dat betekent een compleet nieuwe fysica!'
Hoe meer ontdekkingen de Atlas doet, hoe meer geld er komt voor nieuwe experimenten. Ten Kate: `We hadden allang begonnen moeten zijn met weer een nieuwere versneller en detector. Als je ziet dat dit project een ontwikkeltijd van twintig jaar had, dan is wel duidelijk dat we snel iets nieuws moeten starten. Anders vallen we straks in een gat.' De hoogleraar zou er graag nog een aantal jaren aan meewerken. `Ik zit straks zonder project, dus ik moet me hoe dan ook op iets nieuws oriënteren.'
Terwijl de studenten naar hun laatste voordracht van de dag gaan, drinkt Ten Kate tevreden een kopje koffie op het grasveld naast zijn kantoor. `Volgens mij zijn ze heel enthousiast over alles wat ze vandaag gezien hebben', zegt hij. Enthousiasme is belangrijk. De drive van al zijn collega's maakt dit voor hem tot een fantastisch project, zegt hij. Ondanks de druk die op hem wordt gelegd, ondanks alle eigenwijze fysici van eigenwijze instituten die het allemaal beter denken te weten. `Uiteindelijk willen ze allemaal één ding. Ze willen dat Atlas het doet. Liever vandaag dan morgen. En daar werken ze allemaal kei en keihard aan. Daar brengen ze offers voor en die motivatie is dagelijks voelbaar. Het is geweldig om daar deel van uit te maken.'
