Voorpunttegnologie in die vorm van 'n muon-detektor op lening van die Institute of Physics of the Two Infinities (IP2I) in Lyon, Frankryk, sal kosmiese straal-navorsing by die Universiteit Stellenbosch (US) en die Universiteit van die Wes-Kaap (UWK) 'n hupstoot gee.
Hierdie lening is instrumenteel in 'n reeks wetenskaplike studies om die meriete te bepaal van 'n beoogde projek om 'n diep ondergrondse laboratorium, noord van die Hugenote-tonnel in die Dutoitskloof-bergpas tussen Worcester en Paarl te bou. Suid-Afrika se Departement van Wetenskap en Innovasie (DWI) het onlangs saadbefondsing van R5 miljoen beskikbaar gestel vir wetenskaplike en ingenieursstudies om die lewensvatbaarheid van die voorgestelde Paarl Africa Underground Laboratory (PAUL) te bepaal. Indien die PAUL-projek sou voortgaan, sal dit 'n eerste vir Afrika wees en slegs die tweede laboratorium van sy soort in die Suidelike Halfrond.
Die muon-detektor is ontwikkel deur Dr Jacques Marteau, 'n deeltjiefisikus by IP2I, 'n gesamentlike navorsingseenheid van Frankryk se Nasionale Sentrum vir Wetenskaplike Navorsing (SWN) en die Claude Bernard Universiteit Lyon 1. Martineau sal nou saamwerk met Dr JJ van Zyl, 'n eksperimentele fisikus by die US se Departement Fisika, en Prof. Robbie Lindsay van die UWK se Departement Fisika en Astronomie en hul nagraadse studente.
Wat is muons?
Muone is vining bewegende, swaar elektronagtige deeltjies wat natuurlik in die atmosfeer geproduseer word wanneer energieryke kosmiese strale uit die interstellêre ruimte in wisselwerking is met atome en molekules hoog in die atmosfeer.
“Ons word gebombardeer deur ongeveer 10 000 muone per vierkante meter per minuut. Of, anders gestel: omtrent een muon beweeg elke sekonde deur jou uitgestrekte hand," verduidelik Van Zyl.
Muone is onstabiel en verval binne 2 miljoenstes van 'n sekonde, maar omdat hulle byna teen die spoed van lig beweeg, is hulle vining genoeg om oor lang afstande deur materie te beweeg sonder om geabsorbeer te word.
“Soos elektrone, dra muone ook 'n negatiewe lading. Maar hulle is ook 200 keer swaarder as elektrone. Dit beteken dat hulle energie verloor wanneer hulle deur materie soos die atmosfeer en berge beweeg, maar hulle verloor slegs 'n klein hoeveelheid energie vir elke sentimeter materiaal (waardeur hul beweeg), afhangende van die digtheid daarvan. 'n Kosmiese muon wat die top van die Dutoitskloof-berg bereik, sal ongeveer 5% van sy energie verloor vir elke meter waardeur dit beweeg. Ná sowat 20 meter se rots, sal hulle gestop word. Slegs die grootste muone met baie energie sal dit deur die 800 meter dik rotsverskansing van die Hugenote-tonnel maak," verduidelik hy
Een van die eerste projekte sal wees om die muonagtergrond, en -vloei in die tonnel te meet en 'n beeld van die geologie van die rotsgrond bokant en rondom die Hugenote-tonnel te verkry. Dit sal help om die kriteria te bepaal vir die bou van PAUL in 'n dienstonnel aan die noordekant van die hooftonnel en sal belangrik wees vir die ontwerp en opstel van detektors in die toekomstige Paarl Undergound Laboratory.
Wêreldwyd word diep ondergondse laboratoriums gebruik om sogenaamde seldsame gebeurtenisse waar te neem en te bestudeer – dit is wanneer neutrino's en donker materiedeeltjies in wisselwerking met gewone materie tree. Neutrino's is uiters ligte subatomiese deeltjies wat nie lig uitstraal, absorbeer, of reflekteer nie en dus besonder moeilik is om waar te neem. Donker materie daarenteen, maak byna 85% van die massa van die heelal uit, dog is daar steeds nie 'n duidelik teorie van wat dit is nie.
Van Zyl sê daar is tans 'n magdom van eksperimentele tegnieke daar buite wat probeer om sensitief te wees vir die swak seine wat agtergelaat word deur die interaksie tussen donker materie en gewone materiedeeltjies: “In plaas daarvan om al hoe groter detektors te bou, is die uitdaging om detektors met baie lae energiedrempels en uitstekende beheer oor detektoragtergonde te ontwikkel. Die afgelope paar jaar was daar daadwerklike pogings in die direkte-opsporingsgemeenskap om kleinskaalse eksperimentele toerusting te bou wat donker materie met 'n lae massa kan ondersoek."
Hy is opgewonde oor die vooruitsig om toegang te hê tot 'n ondergrondse navorsingsfasiliteit 'n klipgooi van die Stellenbosch-kampus af: “Ek glo hierdie inisiatief sal waardevolle samewerkingsverhoudings bou met ander soortgelyke fasiliteite en geleenthede skep waar plaaslike studente opgelei kan word in gevorderde detektorontwikkeling."
Op die foto bo: Fisici van die Universiteit Stellenbosch en die Universiteit van die Wes-Kaap is gretig om te begin eksperimenteer met die muon-detektor wat deur die Institute of Physics of the Two Infinities (IP2I) in Lyon, Frankryk, aan die universiteite geleen is. Van links na regs is dr J.J. van Zyl, MSc-student Stephan Jonker en Prof. Richard Newman – almal verbonde aan Stellenbosch Universiteit. Langs hulle is Prof. Robbie Lindsay en Dr. Lumkile Msebi van die Universiteit van die Wes-Kaap, gevolg deur Prof. Faïrouz Malek en Dr Jacques Marteau, beide verbonde aan die Nasionale Sentrum vir Wetenskaplike Navorsing (CNRS) in Frankryk. Foto: Ignus Dreyer
Media navrae
Prof. Richard Newman
Universiteit Stellenbosch, Departement Fisika
E-pos: rtnewman@sun.ac.za
