Møte med ATLAS

Hundre meter under bakken, på CERN utenfor Geneve, ligger ATLAS. Partikkeldetektoren som kanskje kan gi oss svaret på hvordan universet henger sammen.

"Professor i eksperimentell partikkelfysikk Steinar Stapnes (46) er nestleder for ATLAS-prosjektet, der flere enn tusen forskere er involvert. (Foto: Espen Eggen)"
"Professor i eksperimentell partikkelfysikk Steinar Stapnes (46) er nestleder for ATLAS-prosjektet, der flere enn tusen forskere er involvert. (Foto: Espen Eggen)"


 

- En partikkeldetektor kan i prinsippet sammenlignes med et digitalkamera. Men vårt kamera har 100 millioner bildesensorer, og kan ta 40 millioner bilder per sekund, konstaterer Steinar Stapnes tørt, mens han plasserer en hvit anleggshjelm på hodet og spenner plaststroppen rundt haka med to-dagers skjegg.

Til et gjenkjennende nikk fra vakten har professoren i partikkelfysikk nettopp skrevet oss inn i besøksboka til ATLAS. Vi skal endelig ned til selve detektoren, i bunnen av kjempehullet som er gravet ut i bakken ved CERN.

- Det er strenge sikkerhetsregler der nede for å beskytte forskere og utstyr, forklarer Stapnes, mens den store vareheisen beveger seg nedover den 100 meter dype sjakten.

- Vi bruker for eksempel argon-gass i detektoren vår. Skulle vi få en lekkasje, vil området bli et svært farlig sted å oppholde seg, fordi den usynlige gassen blir liggende langs bakken. Men heisen er konstruert som en trygg rømningsvei. Her er det alltid overtrykk og tilførsel av frisk luft, beroliger han.

"Den innerste detektoren i ATLAS monteres. Til denne brukes det argon- gass. (Foto: CERN)"
"Den innerste detektoren i ATLAS monteres. Til denne brukes det argon- gass. (Foto: CERN)"


 

Møte med ATLAS

Endelig åpner heisdøren seg, og vi kommer ut i en diger, underjordisk hall, opplyst av rekker med lysstoffrør i taket.

Vi passerer noen merkelige konstruksjoner som viser seg å være deler av det enorme “kjøleskapet” til LHC, før Stapnes viser vei gjennom en dør. Og så står vi ansikt til ansikt med ATLAS.

"I forhold til partiklene er detektoren nesten latterlig stor. Legg merke til arbeidsfolkene omtrent midt på bildet."
"I forhold til partiklene er detektoren nesten latterlig stor. Legg merke til arbeidsfolkene omtrent midt på bildet."

I forhold til de ørsmå partiklene som skal fanges opp, er den sylinderformede detektoren nesten latterlig stor. ATLAS veier rundt 7000 tonn, og er 46 meter lang og 25 meter høy.

Fra kjernen, som bare er noen centimeter tykk, har forskerne bygget opp lag på lag med detektorer i forskjellige materialer.

- Bare byggematerialene tilsvarer en kostnad på tre milliarder norske kroner. I tillegg kommer titusenvis av arbeidstimer, både her på detektoren og fra forskere ved de 165 samarbeidende universitetene over hele verden, sier Steinar Stapnes.

Tekniske feil

Detektoren representerer høyteknologi av høyeste format, grublet fram av noen av de skarpeste hjernene i verden.

Men for et utrent øye ligner ATLAS mer på en vill fantasi, signert av Reodor Felgen. Rør, kabler og “dingser” av ymse slag tyter ut overalt, mens datakort, metallplater og monitorer nærmest slåss om plassen.

Så kommer da også det tekniske utstyret fra over tusen forskjellige leverandører og fabrikanter.

- Veldig mye av det vi jobber med er laget for første gang, og vi må hele tiden finne løsninger når nye problemer dukker opp. Det er slett ikke alt som kommer fra industrien som faktisk holder mål, sier Stapnes

Han forteller at tekniske feil og problemer hører til dagens orden. Ja, faktisk blir han urolig hvis det går for lang tid uten at noe går galt.

- Da lurer vi på hva det er vi har oversett denne gangen, sier forskeren.

"Montering av en av detektorene til ATLAS. (Foto: CERN)"
"Montering av en av detektorene til ATLAS. (Foto: CERN)"


 

Påvirker banen

Fordi forskerne ikke helt vet hva slags partikler LHC vil frembringe, er ATLAS konstruert for å fange opp et så vidt partikkelspekter som mulig. Steinar Stapnes og teamene hans har altså hatt den paradoksale oppgaven med å konstruere en maskin som skal analysere noe ingen aner hva er.

I likhet med selve akseleratoren er også ATLAS utstyrt med svært kraftige superledende magnetsystemer. Disse skal påvirke “fluktbanen” de knøttsmå partiklene tar når de farer ut fra kollisjonspunktet.

- Magnetene skal tilføres strøm på godt over 20.000 ampere, og dermed må selv de mest stivnakkete partiklene bøye av, sier Stapnes.

Måten magnetfeltet påvirker partiklenes bane på vil fortelle forskerne om den elektriske ladningen til partikkelen, mens krumningen vil røpe hvilket bevegelsemengde partikkelen har.

- Egentlig ser vi ikke partiklene i det hele tatt, bare sporet av dem. Og noen partikler klarer vi ikke å stanse, de kommer til å fare gjennom detektoren og videre ut i omgivelsene, sier Stapnes.

De tre lagene med detektorer som går ut fra kjernen er konstruert som et stadig mer finmasket nett. Det innerste laget registrerer nøyaktig bevegelsene til ladde partikler i et magnetisk felt.

Det neste laget kalles calorimeter, og registrerer som navnet antyder partiklenes energi. Det siste detektorlaget måler muoner, partikler som ikke lar seg stanse av de to første lagene.

“Nordic grid”

Når LHC kjører for full maskin, vil det skje rundt 1 milliard protonkollisjoner per sekund. Av disse vil bare omlag et par hundre være interessante å analysere videre.

Detektoren er derfor bygget slik at bare data fra de potensielt interessante kollisjonene mates videre inn i de omlag 2800 datamaskinene som er koblet til detektorene.

"Noen av de 2.800 datamaskinene som skal brukes til å analysere kollisjonene. (Foto: CERN)"
"Noen av de 2.800 datamaskinene som skal brukes til å analysere kollisjonene. (Foto: CERN)"


 

Likevel blir det en enorm datamengde, omtrent 200 megabyte med data per sekund bare fra ATLAS.

- Hvis den samlede datamengden fra LHC hadde blitt lagret på CD-ROM, ville LHC ha produsert et tårn med 20 kilometer CD-plater i året, kommenterer Steinar Stapnes.

For å kunne analysere en så voldsom mengde med informasjon, er det bygget kraftige datanett som forbiner CERN med resten av verden. Et av nettene er “Nordic Grid Facility”, som blant annet er koblet til Oslo og Bergen.

Dermed vil også norske forskere få tilgang til ferske data, direkte fra partikkelkollisjonene som foregår 100 meter under bakken i Sveits.

Kosmisk stråling

I tiden framover vil den viktigste oppgaven ved ATLAS være å montere og sjekke selve detektorene. I begynnelsen av november var 80 prosent av dem på plass, og omtrent halvparten av dem var testet.

I påvente av at LHC kan produsere egne partikler, utnytter forskerne den naturlige kosmiske strålingen.

Denne strålingen bombarderer hele tiden jorden, og sender blant annet en muon-partikkel gjennom håndflaten til oss mennesker omtrent én gang i sekundet. Når disse muon-partiklene også registreres av detektorene, vet ATLAS-teamene at de fungerer.

"Det er ikke småtteri som skal til for å registrere muoner. Her monteres den delen detektoren som skal registrere disse partiklene. (Foto: CERN)"
"Det er ikke småtteri som skal til for å registrere muoner. Her monteres den delen detektoren som skal registrere disse partiklene. (Foto: CERN)"


 

- Hver sjette uke kjører vi også tester på blant annet datainnsamling og dataanalyse. Dette gjør vi også for å sveise sammen og kvalifisere de teamene som skal håndtere de mest kritiske delene av eksperimenter når vi får virkelige data, forklarer Steinar Stapnes.

Verste scenario

For tiden jobber rundt 150 personer på selve detektoren. I tillegg er rundt tusen personer involvert i selve prosjektet.

- Når alle detektorene er på plass og testet en gang til vinteren, vil presset gradvis bli mindre på oss som jobber med ATLAS. Fram mot selve oppstarten i sommer vil nok de som jobber med selve akseleratoren få det vel så hektisk, sier Stapnes.

Han tror også at det er i selve akseleratoren, altså i den 27 kilometer lange tunnelen, at faren er størst for forsinkelser.

- Det verste scenariet vil være omfattende vakuumlekkasjer eller problemer med elektriske forbindelser. Slike feil kan ta lang tid å rette opp, særlig hvis akseleratoren må varmes opp og så kjøles ned igjen, sier Stapnes.

Han tror likevel at CERN skal være klare til oppstart neste sommer.

- Men det er mye usikkerhet i et prosjekt som er like mye en prototype som det i sin tid var å sende folk rundt månen, fastslår Steinar Stapnes.

Bedriftsleder

Derfor konsentrerer 46-åringen seg nå om de tingene han selv har innflytelse over.

Og når han forteller om den kompliserte tidsplanleggingen, organiseringen av eksterne leverandører og oppfølgingen av medarbeidere, høres nordmannen mer ut som en bedriftsleder, enn som en professor i eksperimentell fysikk.

- I løpet av disse årene har jeg mer og mer blitt en “manager”, og jeg kunne sikkert startet mitt eget firma i morgen. Men etterspørselen etter fysikkekseperimenter i denne skalaen er svært begrenset. Salgsavdelingen ville nok fått en vanskelig jobb, sier Steinar Stapnes med et stort smil under hjelmen.

Les mer om Large Hadron Collider i forrige artikkel.

Powered by Labrador CMS