1 - Nikhef

NIKHEF - Het Massa Mysterie – V5/01-02-2005
1 . Beeld
2. Intro/Teaser
We zien details van ‘pixels’. Vanuit de deeltjes
‘zoomen’ we uit. Uiteindelijk uitkomend op het
fosfor/het beeldscherm. We zoomen/rijden
verder uit en zien een videobeeld van een
(komische) blooper/demonstratie van de
zwaartekracht.
3. Titel Over: Het Massa Mysterie
4. We zien herhaald het ‘komisch’ videobeeld van
een blooper/demonstratie van de zwaartekracht.
Wanneer de camera iets verder uitrijdt en de
zijkant van de televisie zichtbaar wordt zien we
dat deze opengewerkt is.
Een animatie verduidelijkt wat er daadwerkelijk
gebeurd. Eerst zien we een ‘bundel elektronen’
die wordt ‘afgevuurd’ op de achterkant van de
fosforlaag. Door vertraging zien we een
‘schrijver’, één elektronenstraal, die een
schrijvende beweging maakt en het fosfor
aanlicht. We lichten aan dat de magneten hun
‘werk’ doen en de elektronen afbuigen.
5. Nemo. Een groepje bezoekt Nemo, een meisje
mag voor de groep de proef doen met de Van
Der Graaff. Haar haren gaan omhoog. (Hilariteit
bij groep?)
Vervolgens zakken de haren weer in. De camera
gaat als het ware ‘over’ de haren heen naar de
achtergrond (donker/zwart).
De achtergrond wordt overgenomen door
animatie ‘sterren/heelal’.
Cut to:
6. Animatie intro (heelal/shower). We zien sterren
in het heelal, en de aarde wordt zichtbaar in dit
geheel. We komen dichter bij de aarde, en zien
denkbaar cosmische straling de aarde bereiken.
We komen dichter bij de aarde, en zien het
Geluid
Het lijkt zo simpel. Op school
hebben we geleerd dat massa
massa aantrekt. Daarom vallen we
niet van de aarde. Maar wel naar
beneden...
Opm.
maar... wat weten we van
massa...en ... Ís zwaartekracht wel
zo vanzelfsprekend? En wélke
elementaire deeltjes spelen daarbij
een rol?
Aan het eind van de 19e eeuw werd
het eerste elementaire deeltje
ontdekt: het Elektron.
Het Elektron heeft een kleine
elektrische lading, en een beetje
massa. Een televisie is niets anders
dan een apparaat waar elektronen
razendsnel door magneetjes worden
afgebogen. Zouden de elektronen
géén lading hebben, dan zou de
magneet ook géén invloed kunnen
uitoefenen op de richting van de
elektronen.
Dít is één van de belangrijkste
uitgangspunten voor het oplossen
van het Massa Mysterie: deeltjes
met een lading zijn magnetisch
beïnvloedbaar.
Wanneer we ‘onszelf’ opladen,
anders gezegd: van statische
energie voorzien, dan merken we
dat deze energie tóch weer
‘verdwijnt’.
De kosmische straling – deeltjes
vanuit de ruimte - is
verantwoordelijk voor de natuurlijke
ontlading van energie.
Vanuit de ruimte worden we
voortdurend gebombardeerd door
energetische deeltjes. Die slaan op
tientallen kilometers hoogte de
kernen van luchtmoleculen aan
1
geheel als een dwarsdoorsnee, met de dampkring
centraal. Veel deeltjes slaan stuk op de
dampkring, andere dringen iets verder door,
minder komen dichter bij de aarde, nog minder
bereiken de aardkorst, en enkelen gaan dwárs(?)
door de aarde heen!
* is het juist om de aantallen visueel te
verminderen, of zijn de verhoudingen in aantal
gelijk/onbekend? Moeten we over praten d.w.z.
de douche (shower) geeft steeds meer
secondaire deeltjes.
7. We gaan vanuit deze animatie ‘abstract’ in op de
Muonen en Tau’s:
Beeld muon, lading, massa
Beeld tau, lading, massa
barrels en die brokstukken botsen
op hun beurt weer met andere
kernen. Zo wordt de aarde continu
met een douche van deeltjes
bestookt. Een groot deel van die
deeltjes wordt onderweg
tegengehouden door de lucht zelf.
Maar een tot voor kort onbekend
deeltje weet tot zelfs in de
aardkorst door te dringen.
Dit nieuwe deeltje , het muon, blijkt
precies dezelfde eigenschappen te
hebben als het elektron, maar dan
wel met 200 x zoveel massa. Het is
bovendien instabiel. Dat wil zeggen
het valt gemiddeld na zo’n 2
miljoenste seconden uit elkaar.
Later heeft men nog zo’n soort
deeltje ontdekt, het tau deeltje. Dit
tau-deeltje heeft zelfs 3500 x zoveel
massa als het elektron!
Waarom die verschillen in massa.
Resumerend. De verschillende massa’s op een
rijtje:
Beeld elektron, lading, massa
Beeld muon, lading, massa
Beeld tau, lading, massa
8. Hier Higg’s animatie uit de ATLAS film. Eventueel
verder bewerken.
9. Beelden mensen op CERN / wetenschap /
onderzoek/ bouw / ontwikkeling / sfeer.
Hoe kan dat?
Wat is de oorzaak?
Een mysterie!
Maar wellicht wordt dat mysterie
binnenkort opgelost. Bij elementaire
deeltjes hebben we een theorie die
veronderstelt dat massa wordt
opgewekt door een proces, bekend
als het 'Higgs mechanisme.' Mocht
dat bestaan dan is daar een deeltje
aan verbonden. Het Higgs deeltje.
Dat zou het ultieme deeltje kunnen
zijn dat alle massa genereert.
Diezelfde theorie voorspelt ook dat
zo’n Higgsdeeltje in vier muonen
vervalt. Daar kun je hem aan
herkennen. Er is de wetenschap
alles aan gelegen om deze theorie
te beproeven, en het bestaan van
het Higgsdeeltje aan te tonen.
Daarmee een stap te zetten in het
ontsluiten van het Massa Mysterie.
Het ATLAS-experiment, Geneve.
Binnen ATLAS werken
2
Beelden wetenschappers, het werken met
netwerksystemen, de uitwisseling van informatie
via internet.
wetenschappers uit verschillende
werelddelen, met verschillende
achtergronden en disciplines, aan
het beantwoorden van een aantal
elementaire vragen. De
experimenten op CERN hebben in
het verleden al een aantal
belangrijke nieuwe technieken
voortgebracht die essentieel waren
voor de voortgang van het
onderzoek. Zo is CERN bijvoorbeeld
de grondlegger van het World Wide
Web.
Eén van de belangrijke
doelstellingen van het ATLASexperiment is de speurtocht naar
het Higgsdeeltje, en het onthullen
van de eigenschappen.
10. Visualiseren LHC en ATLAS detector. Overgaand
in animatie om te laten zien wát er gebeurd:
(computer) botsingsplaatje van een vier muonen
verval ín de detector.
Ingaan op de muonenkamers tbv link naar
volgende scene, met de buizen.
11. Shot van muonenkamer (bundel met buizen). We
zien geanimeerd deeltjes door de bundel met
buizen gaan. Het shot gaat naar een close beeld
van één buis.
In animatie wordt het beeld van de buis
overgenomen en opengewerkt, waardoor de
draad in de buis zichtbaar wordt. We zien pulsjes
op een draad.
We laten hier zien hoe het pulsje onstaat: muon
door buis, creert vrije elektronen en ionen uit de
aanvankelijk neutrale Argon atomen. De
elektronen “drifte” naar de draad en dat geeft
dan een korte ladings puls. Ieder muon door een
buis geeft een serie pulsjes. Het eerste pulsje
komt van de plaats waar het muon het dichtst bij
de centrale draad langs ging. Dat is de essentie
van de meting.
De draad gaat over naar een buis, de buis wordt
overgenomen in beelden van het productieproces
in de volgende scene.
12. Vervolgens beelden van het fabricageproces van
We hebben daarvoor een versneller
nodig om Higgsdeeltjes te maken.
Dat is de Large Hadron Collider
ofwel LHC op CERN. En we hebben
een detector nodig die heel goed die
vier muonen kan meten.
Dat is de ATLAS detector, waaraan
NIKHEF een belangrijke bijdrage
levert in ontwikkeling en bouw.
De muonendetectoren bestaan uit
pakketten van buizen waarin draden
gespannen zijn. Muonen die door de
buizen heenschieten veroorzaken
net zoals in de lucht ionisaties. Die
lokale ionisaties worden omgezet in
elektrische pulsjes en zo kun je heel
nauwkeurig de plaats en de tijd van
passage registreren. Door veel van
de buizen op elkaar te plakken kun
je ook het spoor van de muonen
bepalen.
We hebben het niet over een páár
buizen... nee.. we hebben er ruim
40.000 nodig!
(Hier in voice-over de rol van
3
de muonkamers.
NIKHEF duidelijk neerzetten)
Tekst desnoods aan deze beelden aanpassen.
De bouw van de muonenkamers
moet dan ook met grote precisie
Eindigen bij Rasnik en proefopstelling.
gebeuren.
Marmeren blok
Apparaat om draden in de buizen te
schieten
Elektrische contacten
Lijmen
Gasvulling
Testen of ze op druk blijven
En ten slotte testen of ze goed
werken
13. Uitlijnsysteem Rasnik. Iemand kijkt met het oog
Om de exacte baan van de muonen
langs een buis. Computerscherm met dambord.
nauwkeurig te kunnen meten,
Simuleren, switchen tussen verschillend
moeten alle mechanische
uitgelijnde buizen op beeldscherm (als dambord). eigenschappen van de Atlas
detector bekend zijn.
14. Truck met namaak magneet op hefkarretje. Een
medewerker van NIKHEF rijdt de magneet
letterlijk naar de proefopstelling van de
muonenkamers.
Vervolgens zien we het resultaat op het display
van de proefopstelling: het beeldspoor krijgt een
bepaalde kromme.
15. De lokatie op CERN, exterieur en interieur.
Eventueel toevoegen enkele archiefbeelden van
de groei van de detector.
Hiervoor heeft NIKHEF het Rasnik
systeem ontwikkeld. Met Rasnik kan
de exacte positie van de draden in
de buizen worden bepaald. Een
elektronisch timmermansoog op
microns nauwkeurig. De
correctiegegevens worden
meegenomen in de berekening van
de baan van de muonen, zodat een
extreem hoge nauwkeurigheid
wordt verkregen.
Voor het testen van onze
muonendetectoren hebben we deze
proefopstelling. We maken daarbij
gebruik van de kosmische muonen
die overal doorheenvliegen, en
vanuit het universum onze buizen
bereiken.
In deze testopstelling worden de
muonen zichtbaar gemaakt, en zie
je de muonen langsvliegen, in een
rechte baan.
Brengen we provisorisch een grote
magneet aan bij deze
proefopstelling, dan zien we dat de
muonen een kromme bocht gaan
maken, in plaats van een rechte
baan. Uit de kromming van de baan
kan de energie van het passerende
muon bepaald worden. Deze
gegevens zijn essentieel voor de
berekeningen die nodig zijn om het
hix-deeltje aan te tonen.
De bouw van ATLAS in Gevene
vordert gestaag. Ruim honderd
meter onder de grond is een
4
gigantische experimenteerhal
gebouwd met schachten en tunnels.
Een Muonkamer wordt naar binnen gehesen door
de bouwschacht. We zien aan enkele mensen in
het shot hoe omvangrijk de Atlas is.
De muondetectors van NIKHEF
vormen een belangrijk onderdeel
van de ATLAS detector.
Echte beelden gaan over in animatie. De
animatie laat zien waar de muonkamers komen
te zitten.
Hier zien we ATLAS groeien. De
onderdelen worden een voor een
aangebracht. Zo ook de eerste,
tweede en derde laag van muonen
detectoren. Ook de Nederlandse
magneten krijgen hun plekje.
16. Terug naar enkele werkshots, en een laag
standpunt totaalbeeld van de Atlas. De
resterende bouw wordt ‘ingevuld/overgenomen’
door animatie. Dit is het eindbeeld.
En zo moet ATLAS eruit gaan zien.
17. Overgang naar ander animatieshot, van de
botsingen bij ATLAS (ATLAS film). Uitkleden van
de vele sporen totdat vier muonen zichtbaar
worden. Meerdere botsingsplaatjes.
Als het experiment van start gaat
zullen miljarden botsingen
geanalyseerd worden.
Animatieshot, om de enorme hoeveelheid DATA
die gegenereerd wordt, te symboliseren.
Vervolgens overgaand in videobeeld
supercomputers en schematische voorstelling (?)
GRID technologie.
Beelden van wetenschappers, onderzoekers,
achter beeldschermen, in overleg, in de
omgeving van voorgaande beelden.
De hoeveelheid data die dit oplevert
is enorm. De benodigde rekenkracht
niet eerder vertoond. Er wordt
daarmee ook wederom een
grensverleggend beroep gedaan op
nieuwe dataverwerkingstechnieken,
waaronder een wereldwijd netwerk
van samenwerkende computers met
enorme rekenkracht, het GRID
genoemd.
Uit al die gegevens moeten we gaan
Het histogram met een verschijnende piek. Bij de zoeken. Vier muonensporen moeten
piek in beeld “ de Higgs massa = x
we hebben. Gelijktijdig. Dan hebben
wij het Higgs gevonden.
Titel over:
En dan gaat het pas echt beginnen.
elektron = a
Op naar de volgende stap: het
muon = b
ontsluiten van het massa-mysterie.
tau = c
Belangrijke vragen, waar we een
up quark = d
antwoord op willen. Waarom is er
enzovoorts
zoveel verschil in de massa van
deeltjes. Waar komt massa
END
vandaan.
5