NBI Colliderscope – Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

NBI Colliderscope

 


Kunstværket NBI Colliderscope

NBI Colliderscope er et lyskunstværk der er anbragt på facaden af Niels Bohr Institutets hovedbygning i København. Kunstværket er direkte forbundet med verdens største fysikforsøg, der netop nu foregår i CERN udenfor Geneve.

Forsøget finder sted i the Large Hadron Collider (LHC), en cirkulær 27 km lang underjordisk magnetbane hvori subatomare partikler knuses mod hinanden med ekstrem kraft. Herved opstår der tilstande magen til dem der herskede i vores univers få øjeblikke efter det blev til. Hver enkel partikelkollision bliver registreret af sensorer der genererer enorme mængder af data. Det er disse data der er grundlaget for NBI Colliderscope. Ideen med kunstværket er at skabe en direkte sanselig og intuitiv oversættelse af den datastrøm, som ATLAS opfanger i LHCs kollisioner. Ved at benytte et flertal af de parametre, som findes i de indkomne data i kombination med  partikelkollisionernes tilfældighedsrytme forsøger værket at gengive signalet fra ATLAS i sin fulde tonalitet, som var acceleratoren en slags gigantisk musikinstrument. Måske kan man se værket som en slags visuel oversættelse af den musik der lød ved universets fødsel.

Teknisk er værket opbygget af 96 lysdioder der er anbragt i et hexagonalt net ud over arkitekturen på facaden af Niels Bohr Institutet, hvilket afspejler strukturen i TRT-detektoren i ATLAS-eksperimentet. Hver diode er båret af en aluminiumsarm hvorfra den i en afstand af ca. 40 cm lyser med 5 Watt ind på den lysegrå pudsede mur. Systemet af dioder styres af en computer som oversætter de oprindelige data fra TRT-detektoren i ATLAS-eksperimentet til lyssignaler. Disse signaler sendes til en online server, som så adresserer de enkelte dioder med lysstyrke, varighed, frekvens, etc. Colliderskopet viser de seneste data fra detektoren, som kan være blot få minutter gamle, men af og til noget ældre da LHC ikke kører uafbrudt.

Kunstværket er skabt af fysikerne Clive Ellegård og Troels C. Petersen i samarbejde med billedkunstnerne Christian Skeel og Morten Skriver.

Programmering af online software er udført af fysikeren Anders Holm.

Til toppen 

LHC Acceleratoren

The Large Hadron Collider er verdens største partikelaccelerator. Den er anbragt i en underjordisk cirkulær tunnel med en omkreds på 27 km i en dybde på mellem 50 til 175 meter under jorden på den fransk - schweiziske grænse nær Geneve.

Acceleratortunnelen indeholder to adskilte strålerør som krydser hinanden fire steder. De to strålerør rummer protonstråler der bevæger sig i hver sin retning  rundt i den store ring. I alt 1600 store elektromagneter holder strålerne fast i deres cirkulære bane og fokuserer dem på en måde så der er størst mulig chance for at opnå partikel-sammenstød i strålerørets fire kollisionspunkter. De fleste af magneterne vejer omkring 27 tons. LHC apparaturet er desuden nedkølet af omkring 96 tons flydende helium for at holde de superledende magneter på deres arbejdstemperatur på - 271,25 grader C. 

Før de bliver skudt ind i hovedacceleratoren bliver partiklernes energi gradvist forøget igennem en serie af forbundne mindre acceleratorer. Dette system består af de fleste af LHC acceleratorens forgængere i CERN, hvoraf den ældste er fra 1959.

LHC  er udstyret med seks detektorer der er anbragt omkring det dobbelte strålerørs fire mødepunkter. To af dem, ATLAS-eksperimentet og the Compact Muon Solenoid (CMS), er skabt til at undersøge det bredest mulige spektrum af fænomener. De to såkaldte ion collider experimenter,  ALICE og LHCb har som formål henholdsvist at genskabe kernetilstandene lige efter Big Bang, og at kigge på forskellen mellem stof og antistof. Endelig er der TOTEM and LHCf som er meget mindre detektorer til meget specialiseret forskning. Til toppen


Diagram over CERNs acceleratorkompleks. Øverst LHC med angivelse af de fire store forsøg. Klik for at se større billede >>


Klik for at se større billede >> 

Til toppen

Atlas eksperimentet

ATLAS-eksperimentet er det største af LHCs seks detektoreksperimenter. Det er en tætpakket højteknologisk konstruktion som er 44 meter lang, 25 m i diameter og vejer omkring 7000 ton. Eksperimentet er konstrueret til at observere meget massive partikler som det ikke har været muligt at observere med tidligere acceleratorer ved lavere energi.  Detektoren består af en serie stadig større koncentriske cylindre omkring det punkt, hvor strålerne fra LHC kolliderer.

ATLAS-detektoren kan opdeles i tre dele. Den indre detektor, calorimetret og muon spektrometret. Disse dele, som igen er underopdelt i yderligere lag, fungerer komplementært. Således er ATLAS-detektoren samlet set i stand til at genkende alle typer partikler, som kommer fra kollisionerne, oftest med nogen overlapning. En vigtig del af ATLAS' design består i, at de inderste lag er de mest præcise, men at de samtidig består af så lidt materiale, at de ikke "skygger" for de øvrige detektorer. Den indre detektor består derfor af tre dele, hvor den første (Pixel-detektoren) bestemmer partiklernes oprindelsessted. Den næste (Semi-Conductor Trackeren - SCT) bestemmer partiklernes retning, og den sidste (Transition Radiation Trackeren - TRT) bestemmer, sammen med de to forgående, partiklernes energi og om det er elektroner eller ej. Det er fra TRT-detektoren, at NBI Colliderscope får sine data. 

Til toppen 

TRT detektoren

TRT-detektoren består af omkring 500.000 strå, som giver et signal, når en ladet partikel passerer igennem. Hvert strå er fire millimeter i diameter og op til 144 centimeter langt. Det enkelte strå er fyldt med gas der bliver ioniseret når en partikel passerer igennem det.

Når detektoren viser en masse signaler på række betyder det at en partikel har passeret, og man kan udfra signalernes position bestemme dens bane og hvor den kom fra. Partiklerne bevæger sig i et magnetfelt, og på grund af deres ladning buer deres bane. Partikler med høj energi buer kun en lille smule, mens dem med lav energi buer mere, og afhængig af partiklernes ladning går buen den ene eller den anden vej. Dermed kan man bestemme partiklens oprindelse, energi og ladning. Udfra disse data kan man rekonstruere, hvad der skete i kollisionen. Desuden kan TRT- detektoren som noget helt særligt genkende elektroner.

Niels Bohr Institutet har været med til at designe, teste, kalibrere og optimere TRT-detektoren.  Til toppen  


Diagram med angivelse af partikelspor i TRT detektoren. 

Partiklerne

LHC acceleratoren og eksperimenterne omkring den er som et gigantisk mikroskop, der gør det muligt at undersøge forholdene på mindste fysiske skala (omkring 1/1.000.000.000 af et atom).

Acceleratoreksperimenterne vil gøre det muligt at se, hvad vores verden er opbygget af, og hvilke naturlove der består i den. Med LHC starter jagten paa Higgs-partiklen, som er den sidste manglende brik i vores nuværende model for verden, men acceleratoreksperimenterne leder også efter andre ting som det såkaldte mørke stof og eventuelle ekstra dimensioner

Når man smadrer partikler mod hinanden i LHCs strålerør opstår der tilstande som minder om dem, der eksisterede umiddelbart efter universets opståen. Enorme kræfter bliver frigjort i et ganske lille område. Der opstår mikroskopiske sorte huller og byger af uendeligt små kosmiske byggesten bliver løsrevet fra hinanden i et nanosekund. Ved at iagttage disse objekters måde at bevæge sig på individuelt og i forhold til hinanden håber fysikerne at nå til en bedre forståelse af de kræfter som hersker i vores univers. Til toppen

 

Visualisering

De data som bliver produceret af  detektorene i LHC kan visualiseres på mange måder. Visualiseringerne er praktiske hjælpemidler for fysikerne til at formidle komplekse sammenhænge fremfor at udtrykke dem i tal og ligninger. For ikke videnskabeligt kyndige kan visualiseringerne medvirke til at give en fornemmelse for de abstrakte forhold som fysikerne taler om. De er også ofte umiddelbart æstetisk fascinerende. Måske fordi de udspringer af fundamentale  naturfænomener.

NBI colliderscope adskiller sig fra de almindelige visuelle metoder til at gengive fysiske data ved at være formet ud fra det man måske kunne kalde for kunstneriske visuelle fornemmelser. Med sin kombination af mange forskellige af de parametre som findes i målingerne  i TRT detektoren er værket imidlertid en ligeså naturtro gengivelse af begivenhederne i LHCs indre som nogen anden visuel fremstilling. Faktisk er det muligt at læse billedet som fysisk fænomen. En mulig elektron viser sig således ved et kraftigt lys, som forbliver på facaden i flere sekunder. Da der ikke er elektroner i de protoner, som kolliderer, så fortæller tilstedeværelsen af en elektron fysikerne, at der skete "noget interessant" i kollisionen, som man så må kigge nærmere på. Andre "interessante" spor er dem, som ikke kommer direkte fra proton-kollisionen, gengivet som lys med begrænset levetid (dvs. de ligner larver). Til toppen


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 


 

 

 


 

 
 

 


 

Bag kunstværket

Baggrunden for NBI colliderscope var et ønske om at skabe en offentlig kunstnerisk markering i forbindelse med starten på det gigantiske og epokegørende fysikforsøg i the Large Hadron Collider i CERN. Ved at skabe en direkte forbindelse mellem LHC og Niels Bohr Institutet ville vi vise instituttets dybe indvolvering i dette projekt både i dets udvikling og i den senere analyse af de indkomne data. 

Vores mål var at gøre begivenhederne i LHC  så nærværende og konkret sanselige som mulig, så de umiddelbart kunne fange interessen hos enhver tilfældig forbipasserende. Vi valgte derfor at undgå almindelige visningsmåder som storskærme og videoprojektioner.  Medier af denne art ville ganske simpelt sløre og trivialisere meddelelsen gennem deres velkendthed. I stedet besluttede vi os for
at integrere værket i arkitekturen på instituttets hovedbygning  som en ting i sig selv. På den måde skabte vi et billede der ikke var set før og som vi derfor håbede kunne pirre den almindelige nysgerrighed. 

Placeringen af værket på facaden af instituttets hovedbygning skyldtes først og fremmest, at der kunne det ses af flest forbipasserende, men det har også den symbolske betydning at det var i denne bygning at CERN havde sit første tilholdssted.

Hovedideen i vores oversættelse af signalerne fra TRT detektoren  var at videregive det særlige fravær af mønstre og gentagelse som eksisterer på kvanteniveau. Vi ville ikke forklare fysikken, men skabe en fornemmelse af den art man kan få, når man en klar nat ser på stjernehimlen uden helt at forstå hvad det er, der fanger ens opmærksomhed.

Udviklingen af NBI colliderscope har fra start til slut formet sig som et tæt samarbejde mellem kunst og videnskab. Det endelige værk er  i alle henseender resultatet af de involveredes samlede bestræbelser og kunne ikke være blevet til på anden måde.

Et eksempel på dette samarbejdes karakter er den helt afgørende indsats som Bjarne Bundsøe og Henrik Bundgaard med deres tekniske specialviden har gjort for at få den kunstneriske idé til at fungere i praksis.

Til toppen