De zwarte doos van een vliegtuig is het meest gezochte onderdeel bij het reconstrueren van de precieze dynamica van vliegtuigongelukken, omdat het alle geheimen over de crash bevat. In Maastricht staat een gebouw dat vaak de zwarte doos wordt genoemd, omdat het kan helpen om geheimen – zoals de oorsprong van het universum – te onthullen.
- Een laboratorium van de Universiteit Maastricht is de proeftuin voor technologieën die gebruikt zullen worden in de toekomstige Einstein Telescoop (ET);
- Om de bouw van een unieke telescoop als de ET mogelijk te maken, moet een schat aan technologieën worden getest;
- De definitieve beslissing over de locatie van de telescoop wordt eind 2024 verwacht;
In wat ooit het hoofdkantoor van dagblad De Limburger was, staat de zwarte doos van de Universiteit Maastricht. Duizenden vierkante meters bieden onderdak aan de faculteit Natuurwetenschappen en Techniek. Bezoekers van het laboratorium worden bij binnenkomst verwelkomt door een plastic model van de Einstein Telescope (ET). Het echte laboratorium zit verstopt tussen de andere onderzoeksruimtes van de faculteit.
De ET is een voorgesteld geavanceerd observatorium voor zwaartekrachtgolven. Het luisteren naar deze golven geeft inzichten in de oorsprong van het universum en de gebeurtenissen die ermee verbonden zijn. Terwijl conventionele ruimtetelescopen naar de hemel kijken, meet dit observatorium zwaartekrachtgolven 200 of 300 meter onder de grond. Er zijn echter nog geen tunnels gegraven. Voordat de eigenlijke telescoop wordt gebouwd, simuleren wetenschappers de werking ervan en testen ze nieuwe materialen in het ET pathfinder laboratory (ETPF). Het laboratorium is opgericht als een samenwerkingsverband tussen NIKHEF – het Nederlands Nationaal Instituut voor Subatomaire Fysica – en verschillende andere Nederlandse, Belgische en Duitse instellingen.
Kasteel
In de witte clean room staan zeven meter hoge torens op dezelfde plek waar vroeger de rotatiedrukpers stond. De bezoekersruimte maakt het mogelijk om de gigantische clean room van bovenaf te bekijken. De lay-out lijkt op de driehoekige van de geplande ET. De faciliteit huisvest een klein prototype interferometeropstelling, die twee onafhankelijke lasersystemen gebruikt om verschillende materialen, coatings, cryogene materialen en nog veel meer te testen.
De ETPF bestaat uit zes torens, die stuk voor stuk een sterk vacuüm bevatten en verschillende onderdelen van het experiment te huisvesten. De torens zijn met elkaar verbonden door pijpen, waardoor de laserstraal ononderbroken van de ene naar de andere toren kan reizen. Elke toren heeft een specifiek doel.
“De injectietoren bereidt de laserstraal voor op de Interferometer,” legt Tobias Schoon uit, een promovendus aan de afdeling zwaartekrachtgolven en fundamentele fysica van de Universiteit Maastricht. “De tweede wordt de bundelsplitsertoren genoemd, die de inkomende laserstraal in tweeën splitst en naar de twee armen stuurt. Aan het einde van elke arm staat een grotere toren met grote spiegels, ook wel testmassa’s genoemd. Deze sturen de straal terug naar de bundelsplitser, waardoor interferentie ontstaat. De twee tussenliggende torens bevatten een soortgelijke spiegel als de grotere torens, waardoor een holte in elke arm ontstaat en de interferometer nog gevoeliger wordt.”
De bouw van de ETPF moet nog worden voltooid. “De eerste holte moet begin 2024 klaar zijn, aangezien de volledige opstelling in 2026 klaar zal zijn,” legt de onderzoeker uit. Na de beslissing over de locatie beginnen de metingen van de eigenlijke ET pas in 2035, dus er is nog genoeg tijd om onderzoek te doen naar betere componenten.
Eerste in zijn soort
Momenteel is er geen interferometer ter wereld met ET-specifieke kenmerken. Het observatorium zou een driehoekige lay-out hebben, met tien kilometer lange ondergrondse gangen van het ene uiteinde naar het andere. Bestaande telescopen – zoals Virgo bij Pisa, Italië – hebben een L-vorm. “De huidige detectoren kunnen één gebeurtenis per week detecteren, terwijl de ET tot wel een miljoen gebeurtenissen per jaar zou kunnen meten,” benadrukt Schoon.
Italië en de Euregio Maas-Rijn (EMR) – het gebied dat Duitsland, België en Nederland doorsnijdt en waar Maastricht ligt – zijn de voornaamste kandidaten om de ET te huisvesten. De Italiaanse premier Giorgia Meloni onthulde het bod om de telescoop te huisvesten in de stilgelegde mijn van Sos Enattos in Lula, Sardinië. Er is nog geen officieel bod ingediend door de EMR, omdat Duitsland zou kunnen besluiten om onafhankelijk mee te dingen. Een groep Duitse wetenschappers heeft Oost-Saksen voorgesteld als alternatieve locatie voor de telescoop.
Zo’n infrastructuur kan enorme overloopeffecten hebben op de regio waar ze staat, met nieuwe banen en het aantrekken van talent. Geologische omstandigheden zijn essentieel – de locatie moet een laag risico op aardbevingen hebben en de bodem moet stevig en stabiel zijn. Hetzelfde geldt voor de aantrekkelijkheid van de regio wat betreft levensstandaard en het kennisecosysteem. Naar verwachting wordt de definitieve beslissing over de locatie van de ET 2026 gemaakt.
Groot experiment
De ETPF is, net als andere ruimtes in de zwarte doos, een experimentele ruimte. Het lab zal nieuwe lasergolflengtes uitproberen die verder gaan dan 1064 nm – de standaard die gebruikt wordt in de huidige detectoren voor zwaartekrachtgolven – omdat experimentele nieuwe spiegels op siliciumbasis deze niet kunnen ondersteunen. Hetzelfde kan gezegd worden van nieuwe coatings of cryogene systemen: er moet op veel gebieden een schat aan onderzoek gedaan worden om een potentieel baanbrekend observatie-instrument, zoals de ET belooft te worden, mogelijk te maken.
Het werk van Schoon is een stukje van de puzzel dat in het toekomstige observatorium zou kunnen passen. “Hij bestudeert de niet-lineaire lichteigenschappen van deze nieuwe golflengtes om problemen aan te pakken die kunnen ontstaan bij het gebruik ervan. Toen ik het lab voor het eerst bezocht, was ik onder de indruk van het idee om nieuwe dingen te onderzoeken en zo iets toe te voegen aan de enorme puzzel die natuurkunde is,” zegt hij.
Als promovendus geniet hij van de omgeving rond de ETPF waar kennis wordt gedeeld. “We werken in werkpakketten, met verschillende competenties van elke betrokken discipline. Omdat we met drie landen werken, is er veel expertise waaruit geput kan worden. Uiteindelijk is het een groot experiment waarbij veel kennis en mensen betrokken zijn, en als academicus leer je veel spannende dingen kennen die niet altijd direct met je eigen onderzoeksveld te maken hebben.”
Samenwerking voor kennis
Of de telescoop nu wel of niet in de EMR wordt gebouwd, het ETPF blijft een onderzoekslaboratorium binnen de Universiteit Maastricht met als doel het ontwikkelen en testen van nieuwe technologieën voor toekomstige detectoren voor zwaartekrachtgolven. De concurrentie tussen landen om het observatorium kan gespannen zijn, terwijl voor wetenschappers samenwerking op de eerste plaats komt. Openheid en het delen van kennis blijven de uitgangspunten voor een missie-georiënteerd streven: het ontcijferen van de grootste zwarte doos die we ons ooit kunnen voorstellen – het universum.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
