Internationaal zwaartekrachtsgolvenlab geopend in Maastricht

In Maastricht is ETpathfinder geopend. Dit hypermoderne natuurkundelaboratorium gaat dienen als proeftuin voor de ontwikkeling van technologie voor toekomstige zwaartekrachtsgolfdetectoren.

Zwaartekrachtsgolven leren ons meer over het heelal. Wat gebeurde er bijvoorbeeld vlak na de Oerknal? Zwaartekrachtsgolven ontstaan wanneer twee hemellichamen, zoals zwarte gaten of neutronensterren, op elkaar botsen. Dit natuurgeweld zorgt voor een rimpeling in de ruimtetijd. Het effect daarvan is echter zo klein dat het pas in 2015 voor het eerst werd gemeten. Daarmee duurde het zo’n 100 jaar voor de technologie ver genoeg was om zwaartekrachtsgolven – die Albert Einstein al in 1916 voorspelde – ook daadwerkelijk waar te nemen.

Bouw ETpathfinder

ETpathfinder wordt momenteel gebouwd bij de Universiteit Maastricht. De Zuid-Limburgse universiteit is samen met het Nederlandse natuurkunde-instituut Nikhef kartrekker van het project. Verder zijn kennisinstellingen uit heel Europa betrokken. Professor Stefan Hild, projectleider van ETpathfinder: “We begonnen ETpathfinder met 15 partners uit Nederland, België en Duitsland. Universiteiten en onderzoeksinstituten uit Frankrijk, Groot-Brittannië en Spanje dragen inmiddels ook bij. Het is fantastisch om te zien dat al deze internationale expertise hier in onze faciliteit samenkomt.”

Proeftuin

Met ETpathfinder richten natuurkundigen hun blik op de toekomst. Rond het jaar 2035 moet een nieuwe Europese zwaartekrachtsgolfdetector gereed zijn: de Einstein Telescope. De Einstein Telescope vergt een investering van ongeveer twee miljard euro. De telescoop wordt ongeveer tien keer gevoeliger dan huidige meetopstellingen. Dit moet leiden tot honderdduizenden of zelfs miljoenen waarnemingen van zwaartekrachtsgolven per jaar. Zo’n grote toename in gevoeligheid is echter niet te realiseren met bestaande technologie.

Ontwikkelen

De benodigde technologieën en technieken zullen daarom eerst worden ontwikkeld en getest met ETpathfinder. Het gaat daarbij bijvoorbeeld om nieuwe koeltechnieken, spiegelcoatings en lasers, die samenwerkende kennisinstellingen en high-techbedrijven ontwikkelen. Deze innovaties vinden naar verwachting ook andere toepassingen in de industrie.

Faciliteit

De faciliteit zelf zal bestaan uit een grote stofvrije hal met een stabiele temperatuur: een cleanroom. Het is mogelijk daarin komende twintig tot dertig jaar verschillende vormen van laserinterferometers op te stellen. Dit is een techniek voor het meten van zwaartekrachtsgolven. De opstellingen bestaan uit meerdere torens, met daarin allerlei apparatuur, en ‘armen’ van vacuümbuizen van twintig meter lang. Dit is niet lang genoeg om zwaartekrachtsgolven te meten, maar wel om allerlei technologieën en hun samenspel te kunnen ontwikkelen en testen.

Opening schaalmodel telescoop

De Universiteit Twente (UT) neemt eveneens deel aan het project. Het heeft nu ook een gedeeltelijke kopie ervan op de campus: een meettoren op schaal. Dit schaalmodel dient voor onderzoek naar trillingsvrije koeltechnieken.

(tekst gaat verder onder foto)

Onvoorstelbare proporties

De telescoop heeft de vorm van een gelijkzijdige driehoek waarvan de zijden tien kilometer lange buizen zijn, op 250 meter onder de grond. Op de hoekpunten staan meettorens die laserbundels uitzenden en reflecteren. De kleinste rimpeling, veroorzaakt door een zwaartekrachtgolf, beïnvloedt de laserbundel al. De precisie-spiegels die het laserlicht weerkaatsen, worden afgekoeld tot nabij het absolute nulpunt. Het is de uitdaging om een koeltechniek te gebruiken die zelf geen trilling veroorzaakt. En daar komt de expertise kijken van de groep Energy, Materials and Systems, onderdeel van het MESA+ Instituut van de UT: vergelijkbare extreme eisen waren van toepassing in een project voor het European Space Agency, waarvoor de groep onderzoek heeft gedaan.

Schaalmodel telescoop in hogedruklab

Op de UT-campus is daarom, in het Hogedruklab, een schaalmodel van een van de vacuum meettorens geplaatst. Het is ongeveer drie meter in doorsnee en 2,5 meter hoog. De uiteindelijke ondergrondse versie zal zeker twintig meter hoog zijn om de spiegels trillingsvrij te kunnen ophangen.

Nederland en de Einstein Telescope

Het is geen toeval dat ETpathfinder in Maastricht verrijst. De grensregio is, naast het Italiaanse eiland Sardinië, een kansrijke bouwlocatie voor de daadwerkelijke Einstein Telescope. Behalve de aanwezigheid van ETpathfinder scoort Zuid-Limburg onder andere hoog vanwege de bijzondere bodemsamenstelling, waardoor storende trillingen in de ondergrond worden gedempt. Bovengronds is het ook relatief rustig. Er zijn bijvoorbeeld weinig spoorlijnen en windturbines in de omgeving. Tegelijkertijd biedt de omgeving goede voorzieningen en herbergt de regio veel kennisinstellingen en technologiebedrijven.

Beeld: Nikhef/Thijs Balder
Bronnen: bericht Universiteit Twente en gezamenlijk persbericht van Universiteit Maastricht en Nikhef