W&T Wetenschap & Technologie
Een plek om te discussiëren over wetenschappelijke onderwerpen, wetenschappelijke problemen, technologische projecten en grootse uitvindingen.
`quote:Op maandag 9 april 2012 00:17 schreef RabbitHeart het volgende:
Ik ben weer terug van CERN, het was fantastisch.
Jammer dat de LHC in gebruik was, dus we konden die niet zien. Wel 80 meter onder de grond bij CMS geweest. En LINAC2 gezien. En LEAR, waar voor het eerst antimaterie is geproduceerd. Ook hebben we het computer centrum, de antiproton factory en de magnet factory.
Als gids hadden we deels een oud mannetje (een wetenschapper reeds 12 jaar met pensioen) met een bochel die ontzettend veel wist en kwiek was als een kievit. Wat een held.
JALOERS!!
Was het ook. Het enige minder leuke was 20 uur in de bus heen en 20 uur terugquote:
Op 
.
Thou shalt not worship pop idols or follow lost prophets.
19-04-2012
Deeltjesversnellers van het CERN krijgen precisie tot de nanoseconde
© ap.
Onderzoekers van de Universiteit van Granada ontwikkelen samen met het Europees Centrum voor Deeltjesfysica CERN een nieuw systeem om met een precisie tot een nanoseconde experimenten met deeltjes te kunnen controleren, zo heeft de Spaanse universiteit bekendgemaakt.
De nieuwe communicatie- en synchroniseringstechnologie moet een plaats krijgen in de deeltjesversnellers van het CERN, in het bijzonder in de enorme LHC nabij Genève.
Wetenschappers hopen ze te gebruiken om bij een experiment in mei te kunnen uitmaken met welke snelheid neutrino's zich nu echt voortbewegen: sneller of niet sneller dan het licht. In de herfst vorig jaar stond de wetenschappelijke wereld op stelten nadat onderzoekers van het CERN hadden gemeld te hebben gevonden dat neutrino's de lichtsnelheid overschrijden en daarmee Albert Einstein in de hoek zetten. Maar meer en meer denkt men dat er fouten waren bij de meting.
(HLN)
Deeltjesversnellers van het CERN krijgen precisie tot de nanoseconde
© ap.
Onderzoekers van de Universiteit van Granada ontwikkelen samen met het Europees Centrum voor Deeltjesfysica CERN een nieuw systeem om met een precisie tot een nanoseconde experimenten met deeltjes te kunnen controleren, zo heeft de Spaanse universiteit bekendgemaakt.
De nieuwe communicatie- en synchroniseringstechnologie moet een plaats krijgen in de deeltjesversnellers van het CERN, in het bijzonder in de enorme LHC nabij Genève.
Wetenschappers hopen ze te gebruiken om bij een experiment in mei te kunnen uitmaken met welke snelheid neutrino's zich nu echt voortbewegen: sneller of niet sneller dan het licht. In de herfst vorig jaar stond de wetenschappelijke wereld op stelten nadat onderzoekers van het CERN hadden gemeld te hebben gevonden dat neutrino's de lichtsnelheid overschrijden en daarmee Albert Einstein in de hoek zetten. Maar meer en meer denkt men dat er fouten waren bij de meting.
(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
When the student is ready, the teacher will appear.
When the student is truly ready, the teacher will disappear.
When the student is truly ready, the teacher will disappear.
27-04-2012
CERN vindt nieuw 'beauty baryon'
De deeltjesversneller in het CERN. © ap.
Wetenschappers van de Universiteit van Zürich hebben met de deeltjesversneller LHC van het Europees Centrum voor Deeltjesfysica CERN in Genève een nieuw type van baryon gevonden, een subatomair deeltje dat uit drie quarks, de kleinste elementaire deeltjes, bestaat en waarvan de massa gelijk of groter is dan een proton.
Het gaat om het 'beauty baryon' Xi_b dat is gevonden met het CMS-experiment tijdens botsingen van protonen in de 27 km lange deeltjesversneller. Het deeltje bevat een "lichte" quark en twee "zware quarks": een quark "up", een vreemde en een "bottom" of "beauty" quark.
Het Standaard Model van de fysica voorspelt wel het bestaan van een dergelijk "beauty baryon", geladen, neutraal of "excited". De eerste twee zijn al gezien, nu is het de eerste keer dat een "excited beauty baryon" is gedecteerd want het was te zwaar en te onstabiel om zich zonder een deeltjesversneller te laten verschalken, zeggen het CERN en de Universiteit van Zürich. Het is elektrisch neutraal en zijn massa is vergelijkbaar met een lithiumatoom.
De ontdekking bevestigt de theorie over de manier waarop quarks zich binden en helpt beter de "sterke interactie" te begrijpen. Dit is één van de vier fundamentele krachten die de structuur van de materie bepalen.
(HLN
CERN vindt nieuw 'beauty baryon'
De deeltjesversneller in het CERN. © ap.
Wetenschappers van de Universiteit van Zürich hebben met de deeltjesversneller LHC van het Europees Centrum voor Deeltjesfysica CERN in Genève een nieuw type van baryon gevonden, een subatomair deeltje dat uit drie quarks, de kleinste elementaire deeltjes, bestaat en waarvan de massa gelijk of groter is dan een proton.
Het gaat om het 'beauty baryon' Xi_b dat is gevonden met het CMS-experiment tijdens botsingen van protonen in de 27 km lange deeltjesversneller. Het deeltje bevat een "lichte" quark en twee "zware quarks": een quark "up", een vreemde en een "bottom" of "beauty" quark.
Het Standaard Model van de fysica voorspelt wel het bestaan van een dergelijk "beauty baryon", geladen, neutraal of "excited". De eerste twee zijn al gezien, nu is het de eerste keer dat een "excited beauty baryon" is gedecteerd want het was te zwaar en te onstabiel om zich zonder een deeltjesversneller te laten verschalken, zeggen het CERN en de Universiteit van Zürich. Het is elektrisch neutraal en zijn massa is vergelijkbaar met een lithiumatoom.
De ontdekking bevestigt de theorie over de manier waarop quarks zich binden en helpt beter de "sterke interactie" te begrijpen. Dit is één van de vier fundamentele krachten die de structuur van de materie bepalen.
(HLN
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
08-06-012
Einstein had toch gelijk, zeggen de neutrino-onderzoekers nu
Het team wetenschappers dat vorig jaar neutrino's sneller dan het licht had zien reizen, heeft vandaag toegegeven dat Albert Einstein gelijk had en dat zijn algemene relativiteitstheorie ook opgaat voor deze elementaire deeltjes.
In september 2011 had een aan het Europese Centrum voor Deeltjesonderzoek CERN verbonden team opschudding veroorzaakt door te zeggen dat volgens het Opera-experiment neutrino's sneller dan het licht reizen. De deeltjes legden de 730 km tussen het CERN en een lab in het Italiaanse Gran Sasso 60 nanoseconden (of met bijna 20 meter) sneller af dan het licht.
Verificatie
De bevinding ging in tegen de relativiteitstheorie van Einstein die in 1905 stelde dat niets sneller was dan het licht. Menige wetenschapper twijfelde aan het resultaat, waarop het team ter verificatie weer aan het werk toog.
Falende verbinding
Op een wetenschappelijke conferentie in het Japanse Kyoto heeft het team vandaag gezegd dat het er naast zat en dat het resultaat niet klopte. Oorzaak is een falende verbinding tussen een gps en een computer voor de meting. Daardoor was 74 nanoseconden minder nodig voor de afstand. Ook het hogeprecisie-uurwerk faalde lichtjes, door dan weer 15 nanoseconden toe te voegen. Eenmaal daaraan verholpen bleken de neutrino's een snelheid te ontwikkelen die "coherent" was met de theorie van Einstein.
Dinsdag is de Italiaanse coördinator van het Opera-experiment opgestapt. De Italiaanse krant Corriere della Serra had Antonio Ereditato de "flopnatuurkundige" genoemd.
(HLN)
Einstein had toch gelijk, zeggen de neutrino-onderzoekers nu
Het team wetenschappers dat vorig jaar neutrino's sneller dan het licht had zien reizen, heeft vandaag toegegeven dat Albert Einstein gelijk had en dat zijn algemene relativiteitstheorie ook opgaat voor deze elementaire deeltjes.
In september 2011 had een aan het Europese Centrum voor Deeltjesonderzoek CERN verbonden team opschudding veroorzaakt door te zeggen dat volgens het Opera-experiment neutrino's sneller dan het licht reizen. De deeltjes legden de 730 km tussen het CERN en een lab in het Italiaanse Gran Sasso 60 nanoseconden (of met bijna 20 meter) sneller af dan het licht.
Verificatie
De bevinding ging in tegen de relativiteitstheorie van Einstein die in 1905 stelde dat niets sneller was dan het licht. Menige wetenschapper twijfelde aan het resultaat, waarop het team ter verificatie weer aan het werk toog.
Falende verbinding
Op een wetenschappelijke conferentie in het Japanse Kyoto heeft het team vandaag gezegd dat het er naast zat en dat het resultaat niet klopte. Oorzaak is een falende verbinding tussen een gps en een computer voor de meting. Daardoor was 74 nanoseconden minder nodig voor de afstand. Ook het hogeprecisie-uurwerk faalde lichtjes, door dan weer 15 nanoseconden toe te voegen. Eenmaal daaraan verholpen bleken de neutrino's een snelheid te ontwikkelen die "coherent" was met de theorie van Einstein.
Dinsdag is de Italiaanse coördinator van het Opera-experiment opgestapt. De Italiaanse krant Corriere della Serra had Antonio Ereditato de "flopnatuurkundige" genoemd.
(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
Full moon affects Large Hadron Collider operations
Tidal forces cause differences in the position of LHC hardware
Tidal forces cause differences in the position of LHC hardware
When the student is ready, the teacher will appear.
When the student is truly ready, the teacher will disappear.
When the student is truly ready, the teacher will disappear.
15-06-2012
Zaak van de snelle neutrino’s definitief gesloten
Einsteins theorie blijft overeind
Het is over. Finito. Neutrino’s gaan echt niet sneller dan het licht. Het Italiaanse onderzoeksteam dat eind vorig jaar die opzienbarende claim deed, heeft nu toegegeven dat hun metingen onjuist waren. Kennislink dook in de zaak van de sneller-dan-licht-neutrino’s: waar ging het mis?
Dit nieuws zal voor niemand echt een verrassing zijn. Vanaf het moment dat de Italiaanse onderzoeksgroep OPERA vorig jaar september met het absurde resultaat kwam dat ze neutrino’s hadden gemeten die sneller dan het licht reisden, overheerste de scepsis onder de natuurkundige gemeenschap. En toen eerder dit jaar ook nog twee fouten in de meetopstelling aan het licht kwamen leek het een kwestie van tijd voordat het OPERA-team het resultaat definitief naar de prullenbak zou verwijzen.
OPERA, de naam van een enorme ondergrondse detector die speurt naar neutrino’s staat voor Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus. Afbeelding: © OPERA collaboration
Nieuwe metingen
Dat is nu dus gebeurd, tijdens een internationale conferentie over neutrino-onderzoek in het Japanse Kyoto. Hier werden de nieuwste metingen gepresenteerd van neutrino’s die vanaf deeltjeslab CERN in Genève weggevuurd werden naar het 730 kilometer verder gelegen Italiaanse lab Gran Sasso, diep onder de Apennijnen. In dit lab staan vier grote detectoren: OPERA, ICARUS, LVD en Borexino.
Het was de OPERA-detector waarmee de onderzoekers vorig jaar neutrino’s dachten te meten die 60 nanoseconden eerder aankwamen dan als ze met de lichtsnelheid hadden gereisd.
Maar bij de nieuwe metingen, die de afgelopen maanden zijn gedaan, klokten alle vier de detectoren nu netjes de lichtsnelheid. Bovendien kwam het Amerikaanse MINOS-experiment van Fermilab met een nauwkeurigere herberekening van eerdere snelheidsmetingen aan neutrino’s en kwam ook hier de lichtsnelheid uitrollen. Kortom, zaak gesloten. We kunnen weer rustig gaan slapen. Einsteins relativiteitstheorie die ervan uitgaat dat niets sneller kan dat het licht blijft overeind. Blijft over de vraag: hoe ontdekte het team waar de fouten zaten en hoe maakten ze die ongedaan?
‘Los kabeltje’?
Toen het nieuws over de twee fouten naar buiten kwam, berichtten veel media dat een ‘los kabeltje’ de oorzaak was van een verkeerde meting. Alsof de fout wel erg voor de hand lag. Maar zo eenvoudig ligt dat niet. Metingen aan neutrino’s of andere kleine deeltjes vereisen omvangrijke, complexe systemen om de deeltjes te detecteren. Denk aan honderden of soms wel duizenden verschillende elektrische en optische vezelkabels. Wat de invloed van één slechte verbinding is op de data is moeilijk te zeggen. Dat kan een heel subtiel effect zijn, of verwaarloosbaar weinig. De fout opspeuren in zo’n systeem is zoeken naar een naald in een hooiberg. Eigenlijk dus heel knap dat ze die vonden.
Twee fouten
Eind februari wisten we alleen – via een door CERN uitgegeven persbericht – dat het OPERA-team twee fouten in het experiment had geïdentificeerd. Enerzijds hadden ze een niet goed aangesloten optische vezel opgemerkt – in veel media destijds aangeduid als een ‘los kabeltje’ (zie kader) – en de tweede fout betrof een oscillator die de tijdsaanduidingen verzorgde van GPS-signalen.
Opmerkelijk was dat de fouten volgens dit persbericht twee kanten op werkten: de eerste fout zou de neutrino’s eerder hebben laten aankomen, en de tweede fout juist later. In theorie bestond dus nog de mogelijkheid dat de neutrino’s in werkelijkheid nóg sneller waren gegaan, mocht de tweede fout van grotere invloed zijn dan de eerste. In hoeverre de twee gevonden fouten doorwerkten in het meetresultaat was op dat moment nog niet bekend.
Vinden van eerste fout
In werkelijkheid vond het OPERA-team de fouten overigens al in december. Dat blijkt uit een presentatie die OPERA-onderzoeker Maximiliano Sioli eind maart gaf tijdens een workshop in Gran Sasso. De eerste paar maanden na bekendmaking van het meetresultaat in september besteedde het team aan het uitpluizen van hun analyses, statistische methodes en andere vraagstukken over de opzet. Pas in december begonnen ze de apparatuur eens na te lopen. Ze hadden de fouten dus zelfs veel eerder kunnen (of moeten?) vinden, als ze waren begonnen met het nalopen van hun apparatuur.
Over de fouten zelf komen we meer te weten in een andere presentatie tijdens die workshop eind maart, van onderzoeker Gabrielle Sirri. Begin december deed het team metingen aan het tijdsinterval tussen het moment dat een signaal afkomstig van een GPS-tijdsysteem boven de grond in een computer in het ondergrondse lab aankwam en het moment dat de zogeheten master clock van OPERA dit signaal doorstuurde naar alle computers in het lab.
De laatste keer dat ze deze tijdsduur hadden gemeten was in 2007; toen was het 41000 nanoseconden. Nu, in december 2011, bleek het 41075 nanoseconden te zijn. Een tijdsverschil van 75 nanoseconden, waarmee de neutrino’s – foutief – eerder zouden aankomen. En cruciaal: om en nabij die 60 nanoseconden waarmee de neutrino’s zogenaamd sneller waren gegaan dan het licht.
Het stijgende blauwe lijntje vertegenwoordigt het signaal dat door de slecht aangesloten kabel vertraagd wordt. Als de kabel niet goed vast zit (onder) duurt dit duidelijk langer dan als deze wel vast zit (boven). Afbeelding: © LNGS – G. Sirri
Zich realiserend dat dit wel eens dé fout kon zijn zochten ze naar de oorzaak, die ze een week later vonden: de niet goed aangesloten optische vezel. Toen ze deze goed vastdraaiden en opnieuw de zojuist genoemde tijdsduur maten, kwamen ze op de 2007-waarde uit van 41000 nanoseconden. Saillant detail: dit gebeurde op 13 december 2011, de dag dat de hele wereld in de ban was van een mogelijke vondst van het Higgs-deeltje. En zij dus beseften dat hun ‘groot-nieuws’-meting fout was geweest.
Links de kabel op 6 december 2011, dus toen deze nog slecht aangesloten was. Rechts, op 14 december, als de kabel goed vast zit. In één plaatje waarom we een half jaar lang mochten geloven in sneller-dan-licht-neutrino’s. Afbeelding: © G. Sirri, INFN Bologna
Oscillator niet synchroon
Ongeveer rond dezelfde tijd ontdekten ze de tweede fout, een afwijking (in het Engels: timing drift) in de tijdsaanduidingen van de metingen. Wat was het geval: OPERA haalde data binnen in pakketjes van 0,6 seconden. Aan het begin en einde van zo’n datapakket werd een tijdstempel gehangen, zodat men wist wanneer het ene pakketje eindigde en de volgende begon.
Alleen, de oscillator die dat moest doen, liep net niet helemaal synchroon mee. Gedurende de 0,6 seconden dat een pakketje data werd binnengehaald tikte de oscillator net iets sneller zijn tijd weg, tot 74 nanoseconden aan het einde van zo’n pakketje. Simpel gezegd leken de pakketjes dus korter dan ze in werkelijkheid waren. Vergelijk het met dat je denkt dat je 24 kilometer hebt gefietst in een uur, maar, omdat je horloge zonder dat je het wist sneller tikte, je er in werkelijkheid drie kwartier over deed. Je snelheid was dus niet gemiddeld 24 kilometer per uur, maar 32 kilometer per uur.
Dit betekent dat de neutrino’s door deze fout sneller zouden zijn gegaan dan uit de meting zou blijken. Alleen, omdat de neutrino’s niet evenredig verdeeld werden over de datapakketjes – ingewikkeld verhaal – telde dit niet op tot een tijdsverschil van 74 nanoseconden, maar tot gemiddeld 12,3 nanoseconden. Kortom, 12,3 nanoseconden te langzaam door de oscillator en 73 nanoseconden te snel door de losse kabel en je komt ongeveer uit op neutrino’s die 60 nanoseconden te snel gingen. Pronto, mysterie opgelost.
Muonen als definitief bewijs
Nou ja, bijna. Wat het OPERA-team nog even vast moest stellen was of de kabel al slecht aangesloten was vóórdat ze met de metingen begonnen, of pas halverwege de metingen losraakte. In het laatste geval zou het effect op de metingen minder groot zijn dan ze nu dachten. Ze hadden geen foto’s van de kabel van voor oktober 2011, dus ze moesten het op een andere manier controleren. Ze schakelden de hulp in van een andere detector in het lab, de LVD-detector. Deze staat hemelsbreed op slechts 160 meter afstand.
Ze vergeleken voor beide detectoren de meting van kleine deeltjes genaamd muonen. Muonen ontstaan als geladen deeltjes uit de ruimte – kosmische straling – op moleculen in onze atmosfeer botsen. Zo’n muon kan tot diep in de aarde doordringen en zowel door de OPERA-detector gaan als door de LVD-detector. Het blijkt dat dit vooral uit één specifieke richting gebeurt (zie afbeelding hieronder). In de afgelopen vijf jaar hebben ze op die manier zo’n 300 muonen gedetecteerd.
Een bovenaanzicht van het Gran Sasso lab waarbij een muon (rood gestreepte lijn) door OPERA (oranje rechthoek) gaat en vervolgens door LVD (gele rechthoek). Afbeelding: © Presentatie A. Zichichi, mini-workshop Gran Sasso
De muonen bewegen met vrijwel de snelheid van het licht en de afstand tussen de detectoren kan heel precies gemeten worden – ze staan tenslotte in hetzelfde laboratorium. Als ze nu zowel de aankomsttijd van een muon in de OPERA-detector en de aankomsttijd van datzelfde muon in de LVD-detector meten kunnen ze uitrekenen met hoeveel de klokken van beide detectoren verschillen. Dat leverde het volgende plaatje op.
Het tijdsverschil tussen de klokken van de LVD- en OPERA-detector. Halverwege 2008 ontstond een tijdsverschil wat aan het eind van 2011 weer ongedaan werd gemaakt. Afbeelding: © M. Sioli, mini-workshop Gran Sasso
Duidelijk is te zien dat er halverwege 2008 – voordat de neutrino-metingen van OPERA waren begonnen – een tijdsverschil optrad tussen de klokken van LVD en OPERA van ongeveer 73 nanoseconden. Aan het eind van 2011, toen het OPERA-team de losse kabel ontdekte en vastschroefde, sprong het tijdsverschil weer terug naar nul. Een duidelijk bewijs dus dat de losse kabel vrijwel volledig verantwoordelijk was voor het gemeten tijdsverschil van de neutrino’s met de lichtsnelheid. De resultaten van deze ‘muonen-check’ verschenen deze week in een (nu nog ongepubliceerde) wetenschappelijke publicatie.
Neutrino-overgangen
Met de nieuwe metingen van dit voorjaar is het definitieve bewijs geleverd dat de sneller-dan-licht-neutrino een sprookje was. Het spreekt voor het OPERA-team hoe secuur en professioneel ze te werk zijn gegaan om de fouten uit hun experimenten te halen. Zoveel wordt duidelijk uit de presentaties tijdens de workshop in maart. Tegelijkertijd blijven vragen open staan. Waarom checkten ze niet direct al hun apparatuur en verbindingen? Waarom deden ze niet eerder de vergelijking met de LVD-detector? En waarom maakten ze niet meteen in december bekend dat ze fouten hadden gevonden?
Hoe dan ook, deze ‘casus’ was een mooi voorbeeld van wetenschap in actie, vindt ook onderzoeksdirecteur Sergio Bertolucci van CERN. In een persbericht liet hij optekenen: “Een onverwachts resultaat werd gepresenteerd ter controle, nauwkeurig onderzocht en verklaard, mede dankzij een samenwerking van experimenten die normaliter concurreren met elkaar. Zo gaat de wetenschap vooruit.” Zeker waar, ook al vergeet hij voor het gemak te noemen dat het ook de nodige ‘slachtoffers’ heeft gekost. De coördinator natuurkunde en woordvoerder van het OPERA-experiment stapten een tijdje geleden op.
Het IceCube-experiment, met een detector diep onder het ijs van Antarctica, zoekt ook naar sporen van neutrino-overgangen. Afbeelding: © Freija Descamps/NSF
Intussen is het OPERA-experiment verder gegaan met waarmee het eigenlijk ontworpen was: het meten van de overgangen van neutrino’s in hun drie verschijningsvormen, de elektron-neutrino, muon-neutrino en tau-neutrino. Dat neutrino’s van de ene in de andere ‘smaak’ kunnen overgaan, betekent dat ze een massa hebben, iets dat niet door het Standaardmodel voorspeld wordt.
Veel experimenten zoeken naar deze overgangen. Hoe vaak de een in de ander overgaat zegt iets over hun massa. Vaak bestaat het bewijs voor een overgang eruit dat een bepaalde smaak neutrino minder wordt gemeten dan waarmee men oorspronkelijk begon. In 2010 ontdekte OPERA de eerste tau-neutrino in een bundel van muon-neutrino’s. Een duidelijke aanwijzing, maar voor écht bewijs van een neutrino-overgang zijn meerdere van zulke vondsten nodig. Nu heeft OPERA een tweede tau-neutrino gevonden, meldde het team vorige week in Japan. Ze zijn op de goede weg. Kortom, voorlopig zullen we nog genoeg horen van OPERA, al is het hopelijk nu om de goede redenen.
Bronnen:
Persbericht CERN, Neutrinos sent from CERN to Gran Sasso respect the cosmic speed limit (8 juni 2012)
Blog Matt Strassler, OPERA: What Went Wrong (2 april 2012)
Maximiliano Sioli, Updated results of the OPERA neutrino-velocity analysis, presentatie LNGS Workshop (28 maart 2012)
N. Agafonova e.a., Determination of a time-shift in the OPERA
set-up using high energy horizontal muons
in the LVD and OPERA detectors, arXiv:1206.2488 (12 juni 2012)
(Kennislink)
Zaak van de snelle neutrino’s definitief gesloten
Einsteins theorie blijft overeind
Het is over. Finito. Neutrino’s gaan echt niet sneller dan het licht. Het Italiaanse onderzoeksteam dat eind vorig jaar die opzienbarende claim deed, heeft nu toegegeven dat hun metingen onjuist waren. Kennislink dook in de zaak van de sneller-dan-licht-neutrino’s: waar ging het mis?
Dit nieuws zal voor niemand echt een verrassing zijn. Vanaf het moment dat de Italiaanse onderzoeksgroep OPERA vorig jaar september met het absurde resultaat kwam dat ze neutrino’s hadden gemeten die sneller dan het licht reisden, overheerste de scepsis onder de natuurkundige gemeenschap. En toen eerder dit jaar ook nog twee fouten in de meetopstelling aan het licht kwamen leek het een kwestie van tijd voordat het OPERA-team het resultaat definitief naar de prullenbak zou verwijzen.
OPERA, de naam van een enorme ondergrondse detector die speurt naar neutrino’s staat voor Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus. Afbeelding: © OPERA collaboration
Nieuwe metingen
Dat is nu dus gebeurd, tijdens een internationale conferentie over neutrino-onderzoek in het Japanse Kyoto. Hier werden de nieuwste metingen gepresenteerd van neutrino’s die vanaf deeltjeslab CERN in Genève weggevuurd werden naar het 730 kilometer verder gelegen Italiaanse lab Gran Sasso, diep onder de Apennijnen. In dit lab staan vier grote detectoren: OPERA, ICARUS, LVD en Borexino.
Het was de OPERA-detector waarmee de onderzoekers vorig jaar neutrino’s dachten te meten die 60 nanoseconden eerder aankwamen dan als ze met de lichtsnelheid hadden gereisd.
Maar bij de nieuwe metingen, die de afgelopen maanden zijn gedaan, klokten alle vier de detectoren nu netjes de lichtsnelheid. Bovendien kwam het Amerikaanse MINOS-experiment van Fermilab met een nauwkeurigere herberekening van eerdere snelheidsmetingen aan neutrino’s en kwam ook hier de lichtsnelheid uitrollen. Kortom, zaak gesloten. We kunnen weer rustig gaan slapen. Einsteins relativiteitstheorie die ervan uitgaat dat niets sneller kan dat het licht blijft overeind. Blijft over de vraag: hoe ontdekte het team waar de fouten zaten en hoe maakten ze die ongedaan?
‘Los kabeltje’?
Toen het nieuws over de twee fouten naar buiten kwam, berichtten veel media dat een ‘los kabeltje’ de oorzaak was van een verkeerde meting. Alsof de fout wel erg voor de hand lag. Maar zo eenvoudig ligt dat niet. Metingen aan neutrino’s of andere kleine deeltjes vereisen omvangrijke, complexe systemen om de deeltjes te detecteren. Denk aan honderden of soms wel duizenden verschillende elektrische en optische vezelkabels. Wat de invloed van één slechte verbinding is op de data is moeilijk te zeggen. Dat kan een heel subtiel effect zijn, of verwaarloosbaar weinig. De fout opspeuren in zo’n systeem is zoeken naar een naald in een hooiberg. Eigenlijk dus heel knap dat ze die vonden.
Twee fouten
Eind februari wisten we alleen – via een door CERN uitgegeven persbericht – dat het OPERA-team twee fouten in het experiment had geïdentificeerd. Enerzijds hadden ze een niet goed aangesloten optische vezel opgemerkt – in veel media destijds aangeduid als een ‘los kabeltje’ (zie kader) – en de tweede fout betrof een oscillator die de tijdsaanduidingen verzorgde van GPS-signalen.
Opmerkelijk was dat de fouten volgens dit persbericht twee kanten op werkten: de eerste fout zou de neutrino’s eerder hebben laten aankomen, en de tweede fout juist later. In theorie bestond dus nog de mogelijkheid dat de neutrino’s in werkelijkheid nóg sneller waren gegaan, mocht de tweede fout van grotere invloed zijn dan de eerste. In hoeverre de twee gevonden fouten doorwerkten in het meetresultaat was op dat moment nog niet bekend.
Vinden van eerste fout
In werkelijkheid vond het OPERA-team de fouten overigens al in december. Dat blijkt uit een presentatie die OPERA-onderzoeker Maximiliano Sioli eind maart gaf tijdens een workshop in Gran Sasso. De eerste paar maanden na bekendmaking van het meetresultaat in september besteedde het team aan het uitpluizen van hun analyses, statistische methodes en andere vraagstukken over de opzet. Pas in december begonnen ze de apparatuur eens na te lopen. Ze hadden de fouten dus zelfs veel eerder kunnen (of moeten?) vinden, als ze waren begonnen met het nalopen van hun apparatuur.
Over de fouten zelf komen we meer te weten in een andere presentatie tijdens die workshop eind maart, van onderzoeker Gabrielle Sirri. Begin december deed het team metingen aan het tijdsinterval tussen het moment dat een signaal afkomstig van een GPS-tijdsysteem boven de grond in een computer in het ondergrondse lab aankwam en het moment dat de zogeheten master clock van OPERA dit signaal doorstuurde naar alle computers in het lab.
De laatste keer dat ze deze tijdsduur hadden gemeten was in 2007; toen was het 41000 nanoseconden. Nu, in december 2011, bleek het 41075 nanoseconden te zijn. Een tijdsverschil van 75 nanoseconden, waarmee de neutrino’s – foutief – eerder zouden aankomen. En cruciaal: om en nabij die 60 nanoseconden waarmee de neutrino’s zogenaamd sneller waren gegaan dan het licht.
Het stijgende blauwe lijntje vertegenwoordigt het signaal dat door de slecht aangesloten kabel vertraagd wordt. Als de kabel niet goed vast zit (onder) duurt dit duidelijk langer dan als deze wel vast zit (boven). Afbeelding: © LNGS – G. Sirri
Zich realiserend dat dit wel eens dé fout kon zijn zochten ze naar de oorzaak, die ze een week later vonden: de niet goed aangesloten optische vezel. Toen ze deze goed vastdraaiden en opnieuw de zojuist genoemde tijdsduur maten, kwamen ze op de 2007-waarde uit van 41000 nanoseconden. Saillant detail: dit gebeurde op 13 december 2011, de dag dat de hele wereld in de ban was van een mogelijke vondst van het Higgs-deeltje. En zij dus beseften dat hun ‘groot-nieuws’-meting fout was geweest.
Links de kabel op 6 december 2011, dus toen deze nog slecht aangesloten was. Rechts, op 14 december, als de kabel goed vast zit. In één plaatje waarom we een half jaar lang mochten geloven in sneller-dan-licht-neutrino’s. Afbeelding: © G. Sirri, INFN Bologna
Oscillator niet synchroon
Ongeveer rond dezelfde tijd ontdekten ze de tweede fout, een afwijking (in het Engels: timing drift) in de tijdsaanduidingen van de metingen. Wat was het geval: OPERA haalde data binnen in pakketjes van 0,6 seconden. Aan het begin en einde van zo’n datapakket werd een tijdstempel gehangen, zodat men wist wanneer het ene pakketje eindigde en de volgende begon.
Alleen, de oscillator die dat moest doen, liep net niet helemaal synchroon mee. Gedurende de 0,6 seconden dat een pakketje data werd binnengehaald tikte de oscillator net iets sneller zijn tijd weg, tot 74 nanoseconden aan het einde van zo’n pakketje. Simpel gezegd leken de pakketjes dus korter dan ze in werkelijkheid waren. Vergelijk het met dat je denkt dat je 24 kilometer hebt gefietst in een uur, maar, omdat je horloge zonder dat je het wist sneller tikte, je er in werkelijkheid drie kwartier over deed. Je snelheid was dus niet gemiddeld 24 kilometer per uur, maar 32 kilometer per uur.
Dit betekent dat de neutrino’s door deze fout sneller zouden zijn gegaan dan uit de meting zou blijken. Alleen, omdat de neutrino’s niet evenredig verdeeld werden over de datapakketjes – ingewikkeld verhaal – telde dit niet op tot een tijdsverschil van 74 nanoseconden, maar tot gemiddeld 12,3 nanoseconden. Kortom, 12,3 nanoseconden te langzaam door de oscillator en 73 nanoseconden te snel door de losse kabel en je komt ongeveer uit op neutrino’s die 60 nanoseconden te snel gingen. Pronto, mysterie opgelost.
Muonen als definitief bewijs
Nou ja, bijna. Wat het OPERA-team nog even vast moest stellen was of de kabel al slecht aangesloten was vóórdat ze met de metingen begonnen, of pas halverwege de metingen losraakte. In het laatste geval zou het effect op de metingen minder groot zijn dan ze nu dachten. Ze hadden geen foto’s van de kabel van voor oktober 2011, dus ze moesten het op een andere manier controleren. Ze schakelden de hulp in van een andere detector in het lab, de LVD-detector. Deze staat hemelsbreed op slechts 160 meter afstand.
Ze vergeleken voor beide detectoren de meting van kleine deeltjes genaamd muonen. Muonen ontstaan als geladen deeltjes uit de ruimte – kosmische straling – op moleculen in onze atmosfeer botsen. Zo’n muon kan tot diep in de aarde doordringen en zowel door de OPERA-detector gaan als door de LVD-detector. Het blijkt dat dit vooral uit één specifieke richting gebeurt (zie afbeelding hieronder). In de afgelopen vijf jaar hebben ze op die manier zo’n 300 muonen gedetecteerd.
Een bovenaanzicht van het Gran Sasso lab waarbij een muon (rood gestreepte lijn) door OPERA (oranje rechthoek) gaat en vervolgens door LVD (gele rechthoek). Afbeelding: © Presentatie A. Zichichi, mini-workshop Gran Sasso
De muonen bewegen met vrijwel de snelheid van het licht en de afstand tussen de detectoren kan heel precies gemeten worden – ze staan tenslotte in hetzelfde laboratorium. Als ze nu zowel de aankomsttijd van een muon in de OPERA-detector en de aankomsttijd van datzelfde muon in de LVD-detector meten kunnen ze uitrekenen met hoeveel de klokken van beide detectoren verschillen. Dat leverde het volgende plaatje op.
Het tijdsverschil tussen de klokken van de LVD- en OPERA-detector. Halverwege 2008 ontstond een tijdsverschil wat aan het eind van 2011 weer ongedaan werd gemaakt. Afbeelding: © M. Sioli, mini-workshop Gran Sasso
Duidelijk is te zien dat er halverwege 2008 – voordat de neutrino-metingen van OPERA waren begonnen – een tijdsverschil optrad tussen de klokken van LVD en OPERA van ongeveer 73 nanoseconden. Aan het eind van 2011, toen het OPERA-team de losse kabel ontdekte en vastschroefde, sprong het tijdsverschil weer terug naar nul. Een duidelijk bewijs dus dat de losse kabel vrijwel volledig verantwoordelijk was voor het gemeten tijdsverschil van de neutrino’s met de lichtsnelheid. De resultaten van deze ‘muonen-check’ verschenen deze week in een (nu nog ongepubliceerde) wetenschappelijke publicatie.
Neutrino-overgangen
Met de nieuwe metingen van dit voorjaar is het definitieve bewijs geleverd dat de sneller-dan-licht-neutrino een sprookje was. Het spreekt voor het OPERA-team hoe secuur en professioneel ze te werk zijn gegaan om de fouten uit hun experimenten te halen. Zoveel wordt duidelijk uit de presentaties tijdens de workshop in maart. Tegelijkertijd blijven vragen open staan. Waarom checkten ze niet direct al hun apparatuur en verbindingen? Waarom deden ze niet eerder de vergelijking met de LVD-detector? En waarom maakten ze niet meteen in december bekend dat ze fouten hadden gevonden?
Hoe dan ook, deze ‘casus’ was een mooi voorbeeld van wetenschap in actie, vindt ook onderzoeksdirecteur Sergio Bertolucci van CERN. In een persbericht liet hij optekenen: “Een onverwachts resultaat werd gepresenteerd ter controle, nauwkeurig onderzocht en verklaard, mede dankzij een samenwerking van experimenten die normaliter concurreren met elkaar. Zo gaat de wetenschap vooruit.” Zeker waar, ook al vergeet hij voor het gemak te noemen dat het ook de nodige ‘slachtoffers’ heeft gekost. De coördinator natuurkunde en woordvoerder van het OPERA-experiment stapten een tijdje geleden op.
Het IceCube-experiment, met een detector diep onder het ijs van Antarctica, zoekt ook naar sporen van neutrino-overgangen. Afbeelding: © Freija Descamps/NSF
Intussen is het OPERA-experiment verder gegaan met waarmee het eigenlijk ontworpen was: het meten van de overgangen van neutrino’s in hun drie verschijningsvormen, de elektron-neutrino, muon-neutrino en tau-neutrino. Dat neutrino’s van de ene in de andere ‘smaak’ kunnen overgaan, betekent dat ze een massa hebben, iets dat niet door het Standaardmodel voorspeld wordt.
Veel experimenten zoeken naar deze overgangen. Hoe vaak de een in de ander overgaat zegt iets over hun massa. Vaak bestaat het bewijs voor een overgang eruit dat een bepaalde smaak neutrino minder wordt gemeten dan waarmee men oorspronkelijk begon. In 2010 ontdekte OPERA de eerste tau-neutrino in een bundel van muon-neutrino’s. Een duidelijke aanwijzing, maar voor écht bewijs van een neutrino-overgang zijn meerdere van zulke vondsten nodig. Nu heeft OPERA een tweede tau-neutrino gevonden, meldde het team vorige week in Japan. Ze zijn op de goede weg. Kortom, voorlopig zullen we nog genoeg horen van OPERA, al is het hopelijk nu om de goede redenen.
Bronnen:
Persbericht CERN, Neutrinos sent from CERN to Gran Sasso respect the cosmic speed limit (8 juni 2012)
Blog Matt Strassler, OPERA: What Went Wrong (2 april 2012)
Maximiliano Sioli, Updated results of the OPERA neutrino-velocity analysis, presentatie LNGS Workshop (28 maart 2012)
N. Agafonova e.a., Determination of a time-shift in the OPERA
set-up using high energy horizontal muons
in the LVD and OPERA detectors, arXiv:1206.2488 (12 juni 2012)
(Kennislink)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
CERN op spoor van Higgs-deeltje
2 juli 2012 14:51
GENÈVE - Wetenschappers bij het Centrum voor elementair deeltjesonderzoek CERN willen woensdag bekendmaken dat er genoeg aanwijzingen zijn dat het zogenoemde 'Goddeeltje' bestaat.
Het deeltje moet antwoord geven op fundamentele vragen over het universum. Het bestaan van het Higgs boson-deeltje zou het standaardmodel van de deeltjesfysica kloppend maken.
Na tientallen jaren werk dat miljarden heeft gekost, willen de onderzoekers nog niet zo ver gaan dat ze het hypothetische deeltje ook hebben ontdekt.
Maar ze hebben zoveel gegevens verzameld dat ze de 'voetafdruk en schaduw' van het Higgs-boson of het Higgs-deeltje kunnen ontwaren. Het Higgs-boson is een vooralsnog theoretisch elementair deeltje dat alle andere deeltjes massa zou geven.
CERN gebruikt voor het onderzoek onder meer de Large Hadron Collider, waarmee op extreem hoge snelheid deeltjes op elkaar worden geschoten. Deze tunnel van 27 kilometer lengte ligt op de grens van Zwitserland en Frankrijk en is sinds 2009 in gebruik.
'Consistent'
"Wij hebben iets ontdekt wat consistent is met een Higgs", zei CERN-theoreticus John Ellis maandag.
Wetenschappers hopen dat het Higgs-boson, als het bestaat, kan helpen bij het verklaren van diverse mysteries over het universum.
De Britse natuurkundige Peter Higgs voorspelde het bestaan van het boson meer dan veertig jaar geleden als verklaring waarom atomen, en al het andere in het universum, massa hebben.
Door: Novum/NU.nl
2 juli 2012 14:51
GENÈVE - Wetenschappers bij het Centrum voor elementair deeltjesonderzoek CERN willen woensdag bekendmaken dat er genoeg aanwijzingen zijn dat het zogenoemde 'Goddeeltje' bestaat.
Het deeltje moet antwoord geven op fundamentele vragen over het universum. Het bestaan van het Higgs boson-deeltje zou het standaardmodel van de deeltjesfysica kloppend maken.
Na tientallen jaren werk dat miljarden heeft gekost, willen de onderzoekers nog niet zo ver gaan dat ze het hypothetische deeltje ook hebben ontdekt.
Maar ze hebben zoveel gegevens verzameld dat ze de 'voetafdruk en schaduw' van het Higgs-boson of het Higgs-deeltje kunnen ontwaren. Het Higgs-boson is een vooralsnog theoretisch elementair deeltje dat alle andere deeltjes massa zou geven.
CERN gebruikt voor het onderzoek onder meer de Large Hadron Collider, waarmee op extreem hoge snelheid deeltjes op elkaar worden geschoten. Deze tunnel van 27 kilometer lengte ligt op de grens van Zwitserland en Frankrijk en is sinds 2009 in gebruik.
'Consistent'
"Wij hebben iets ontdekt wat consistent is met een Higgs", zei CERN-theoreticus John Ellis maandag.
Wetenschappers hopen dat het Higgs-boson, als het bestaat, kan helpen bij het verklaren van diverse mysteries over het universum.
De Britse natuurkundige Peter Higgs voorspelde het bestaan van het boson meer dan veertig jaar geleden als verklaring waarom atomen, en al het andere in het universum, massa hebben.
Door: Novum/NU.nl
De geruchten vliegen rond ja. Iemand die ik ken, kent een prof die bij Atlas werkt. Die was schijnbaar ergens heel enthousiast over, maar mocht niets vertellen. Het zal iig groot nieuws zijn 
Egregious professor of Cruel and Unusual Geography
Onikaan ni ov dovah
Onikaan ni ov dovah
Cool!quote:
De geruchten vliegen rond ja. Iemand die ik ken, kent een prof die bij Atlas werkt. Die was schijnbaar ergens heel enthousiast over, maar mocht niets vertellen. Het zal iig groot nieuws zijn
Ik ben benieuwd!
Alwayz expect the unexpected
http://www.astroblogs.nl/2012/07/03/woensdag-is-h-dag-higgs-dag/
Meer info + gelekte persvideo van CERN
Meer info + gelekte persvideo van CERN
60 HRC
Blijkbaar is Higgs zelf ingevlogen, dus het zal wel belangrijk zijn
Op dinsdag 1 november 2016 00:05 schreef JanCees het volgende:
De polls worden ook in 9 van de 10 gevallen gepeild met een meerderheid democraten. Soms zelf +10% _O-
De polls worden ook in 9 van de 10 gevallen gepeild met een meerderheid democraten. Soms zelf +10% _O-
03-07-2012
"Gelekte CERN-video geeft glimp van God-deeltje"
De deeltjesversneller in het CERN. © afp.
Terwijl het Centrum voor Deeltjesonderzoek CERN in Genéve morgen een belangrijke aankondiging doet, is er op de website van het onderzoeksinstituut een video opgedoken waarin een woordvoerder bevestigt dat een nieuw deeltje is gevonden, zo hebben New Scientist en de Daily Telegraph gemeld.
Woordvoerder Joe Incandela van het CMS-experiment ging niet zover te stellen dat het om het beruchte Higgs-boson, of God-deeltje gaat.
In de volgens de Telegraph waarschijnlijk gelekte en op morgen gedateerde video zegt Incandela dat een nieuw deeltje is gezien. "Wij hebben sterke aanwijzingen dat daar iets is. Zijn eigenschappen precies omschrijven zal ons nog wat tijd kosten", zo citeerde de New Scientist de wetenschapper.
Hij zegt dat het om een boson gaat, een deeltje met een "integer spin" en een massa ruwweg 130 keer zoveel als een proton. Het zou aldus rond 121 GeV uitkomen, waarbij was verwacht dat Higgs aan 125 GeV zou opduiken.
Incandela heeft het ook over "één van de grootste ontdekkingen in ons (wetenschaps)gebied in de laatste dertig tot veertig jaar en dat de "betekenis van deze waarneming zeer zeer groot kan zijn".
Een vondst van het Higgs-bosondeeltje moet het sluitstuk worden van het Standaard Model omtrent het wezen van de materie. Het veronderstelde deeltje geeft massa aan alle andere deeltjes.
(HLN)
"Gelekte CERN-video geeft glimp van God-deeltje"
De deeltjesversneller in het CERN. © afp.
Terwijl het Centrum voor Deeltjesonderzoek CERN in Genéve morgen een belangrijke aankondiging doet, is er op de website van het onderzoeksinstituut een video opgedoken waarin een woordvoerder bevestigt dat een nieuw deeltje is gevonden, zo hebben New Scientist en de Daily Telegraph gemeld.
Woordvoerder Joe Incandela van het CMS-experiment ging niet zover te stellen dat het om het beruchte Higgs-boson, of God-deeltje gaat.
In de volgens de Telegraph waarschijnlijk gelekte en op morgen gedateerde video zegt Incandela dat een nieuw deeltje is gezien. "Wij hebben sterke aanwijzingen dat daar iets is. Zijn eigenschappen precies omschrijven zal ons nog wat tijd kosten", zo citeerde de New Scientist de wetenschapper.
Hij zegt dat het om een boson gaat, een deeltje met een "integer spin" en een massa ruwweg 130 keer zoveel als een proton. Het zou aldus rond 121 GeV uitkomen, waarbij was verwacht dat Higgs aan 125 GeV zou opduiken.
Incandela heeft het ook over "één van de grootste ontdekkingen in ons (wetenschaps)gebied in de laatste dertig tot veertig jaar en dat de "betekenis van deze waarneming zeer zeer groot kan zijn".
Een vondst van het Higgs-bosondeeltje moet het sluitstuk worden van het Standaard Model omtrent het wezen van de materie. Het veronderstelde deeltje geeft massa aan alle andere deeltjes.
(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
Ik heb nog nooit zo weinig begrepen bij een presentatie.quote:Op woensdag 4 juli 2012 09:02 schreef .aeon het volgende:
http://webcast.web.cern.ch/webcast/play_higgs.html
Ben overgeschakeld naar de Guardian live blog.
http://www.guardian.co.uk(...)d-live-coverage-cern
Wat is een sigma? 
"If our brains were so simple we could understand it, we would be so simple we couldn't."
There are only 10 types of people in the world: Those who understand binary and those who don't.
There are only 10 types of people in the world: Those who understand binary and those who don't.
Op
Wat gaan ze doen met de wetenschap dat het deeltje bestaat? Ze gingen er toch stiekem al vanuit dat het moest bestaan en op die gedachte zullen ongetwijfeld veel theorieën gebaseerd zijn.
Die theorieën worden nu dus waarschijnlijk bewezen, maar in hoeverre kan deze ontdekking tot nieuwe inzichten leiden?
Die theorieën worden nu dus waarschijnlijk bewezen, maar in hoeverre kan deze ontdekking tot nieuwe inzichten leiden?
Ik denk dat ze dat nog niet weten. Wellicht kan je, nu je het deeltje daadwerkelijk kan waarnemen, het ook proberen te manipuleren. Ik kan me voorstellen dat heel veel star-trek achtige technologie realiteit kan worden als je massa kan manipuleren op basisniveau zeg maar.quote:Op woensdag 4 juli 2012 10:41 schreef InTrePidIvity het volgende:
Wat gaan ze doen met de wetenschap dat het deeltje bestaat? Ze gingen er toch stiekem al vanuit dat het moest bestaan en op die gedachte zullen ongetwijfeld veel theorieën gebaseerd zijn.
Die theorieën worden nu dus waarschijnlijk bewezen, maar in hoeverre kan deze ontdekking tot nieuwe inzichten leiden?
Vorige ontdekkingen van belangrijke deeltjes hebben de mensheid ook geen windeieren gelegd
(TV's, kernenergie, chemotherapie, etc)
Opgeblazen gevoel of winderigheid? Zo opgelost met Rennie!
