De ontwikkeling van Einstein Telescope is weer een stap verder | Technisch Weekblad
Achtergrond

De ontwikkeling van Einstein Telescope is weer een stap verder

Einstein Telescope die mogelijk in Zuid-Limburg zal worden gevestigd kreeg in juli 42 miljoen euro toegekend uit het Nederlandse Nationaal Groeifonds. Ook de regering van de deelstaat Noordrijn-Westfalen zette zich in dezelfde maand achter deze locatie en belooft te gaan lobbyen voor financiële steun van de federale regering in Duitsland. Wat gebeurde er in de laatste twaalf maanden nog meer in dit project?

Even opfrissen. Einstein Telescope zal het gevoeligste observatorium voor zwaartekrachtsgolven ooit worden, minstens dertig maal nauwkeuriger dan nu het geval is. Dat maakt het mogelijk om een tienduizend maal groter volume van het heelal af te tasten naar zwaartekrachtsgolven en andere sporen, bijvoorbeeld om de precieze structuur van neutronensterren of van het heelal kort na de oerknal te onderzoeken.

Dit gebeurt door laserlicht te sturen door vacuumbuizen in drie 10 km lange detectorgangen die circa 200 tot 300 meter onder de grond liggen. De tijd die de laserpulsen nodig hebben om de afstand te overbruggen moet exact gelijk zijn, anders kan er sprake zijn van een zwaartekrachtsgolf. Dat luistert best nauw. Einstein Telescope zal een gevoeligheid van 22 nullen achter de komma krijgen: afstandsverschillen die tienduizend keer kleiner zijn dan de protonen in een atoomkern.

Kandidaten voor de vestiging van het observatorium zijn, vooralsnog, Zuid-Limburg en Sardinië in Italië. Mogelijk zal ook Saksen in het oosten van Duitsland zich nog hierbij voegen. In 2025 wordt in Europees verband besloten wat de locatie zal worden. “Alles wat nodig is om de beslissing te nemen over de locatie en hoe we het observatorium het best vorm kunnen geven, proberen we op een transparante manier aan te leveren aan het gremium dat deze beslissing zal nemen.”

Technologische uitdagingen

Dat zegt Jo van den Brand, tot eind juli projectdirecteur van Einstein Telescope in Europa. Hij leidde, tot Andreas Freise het stokje overnam, de zoektocht naar Europese overeenstemming over dit project en het onderzoek naar de vele technisch noodzakelijke oplossingen die nog moeten worden gevonden.

Om met het laatste te beginnen. “Op het gebied van geologie zijn we bezig de risico’s rond de ondergrondse constructie in kaart te brengen. Dat betreft het boren van de tunnels en de constructie van de ondergrondse laboratoria. Ook worden bijvoorbeeld seismische trillingen door menselijke activiteiten in kaart gebracht. Deze trillingen zelf kunnen we effectief onderdrukken. Maar dat is moeilijker bij de zogenaamde gravity gradient noise waarbij de fluctuaties in dichtheid van de ondergrond, veroorzaakt door seismische trillingen, de spiegels direct in beweging kunnen brengen door hun directe Newtoniaanse aantrekking Met dit geologisch onderzoek is een grote groep onderzoekers bezigen zijn grote bedragen mee gemoeid. Zo is er  al  6,9 miljoen euro besteed in het kader van het zogenaamde E-TEST-project en daar komt nu nog eens 18 miljoen euro bij vanuit het Groeifonds.”

“Als het gaat om de geologische aspecten,  ben ik daar persoonlijk optimistisch over. Jaren terug zijn er voor de mijnbouw meer dan duizend kilometer tunnel in deze regio gebouwd en tot een diepte van meer dan 1 kilometer. Ook loopt er een ondergrondse hogesnelheid treinverbinding van Luik naar Aken. Dat gaat voor een deel door een vergelijkbare geologie. Het is belangrijk dat we alle geologische aspecten goed in kaart brengen om te weten wat de risico’s van het eventueel hosten van Einstein Telescope zullen zijn.”

Verder is eind 2021 de ETpathfinder geopend, een testfaciliteit in Maastricht. “Daar wordt de technologie voor de nieuw toe te passen golflengten van lasers getest en wordt het gebruik van silicium als materiaal voor de grote optische spiegels van Einstein Telescope onderzocht. Ook dat is weer een nieuwe en belangrijke R&D-faciliteit waar miljoenen euro’s in zijn gestoken. Daar wordt onderzoek gedaan om later bij de realisatie  nieuwe en innoverende technische oplossingen toe te kunnen passen, waarvan we hopen dat ook de industrie hier haal voordeel mee kan doen.”

Politiek proces

“Over de technische activiteiten maak ik me minder zorgen. Er zijn veel experts op topniveau mee bezig. Waar ik als wetenschapper minder grip op heb is het politieke proces”, zegt Van den Brand. Het kan blijken dat de locaties in Sardinië en Zuid-Limburg ongeveer even geschikt zijn. “Dan gaan weer andere overwegingen een rol spelen.”

“Het project moet georganiseerd worden”, legt Van den Brand uit. “Wat is de timeline, deliverables, milestones, etc.? Wat is de business case? Er is een eindeloze reeks van dit soort vragen. Om die goed te kunnen beantwoorden is er een voorstel bij de Europese Commissie ingediend. Omdat we we op de ESFRI-roadmap staan, krijgen we nu de middelen om het project goed te kunnen organiseren.”

Het European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) heeft bijna precies een jaar geleden de telescoop opgenomen in haar roadmap, wat het belang van het observatorium nog eens benadrukt. De verschillende wetenschappelijke instellingen zullen nu nog intensiever gaan samenwerken.

 “Er zijn twee coördinerende instanties, Nikhef in Nederland en INFN in Italië”, zegt Van den Brand, zelf onderzoeker bij Nikhef en hoogleraar aan Maastricht University. “Er is een board van governmental representatives, zodat we direct toegang hebben tot en regelmatig spreken met vertegenwoordigers van ministeries in Europese landen. Ook is er een board van scientific representatives, topwetenschappers die voor hun community of land kunnen spreken.”

Toen we in 2020 Einstein Telescope als project indienden bij ESFRI steunden vijf landen op ministerieel niveau dit project, terwijl nog eens vijf landen supportbrieven hebben geschreven. In totaal werken 41 instituten actief mee aan het project, met wetenschappers uit Nederland, Belgie, Duitsland, Italie, Spanje, Polen, het Verenigd Koninkrijk, Hongarije, Oostenrijk, Zwitserland, en Frankrijk.

Financiering

Die brede steun is noodzakelijk. “Probeer je voor te stellen dat de beslissing genomen moet worden om het observatorium in Nederland te bouwen. Er staan nu 42 miljoen euro uit het Nationaal Groeifonds klaar om research & development te doen, de risico’s in kaart te brengen, en om uiteindelijk een bidbook uit te brengen.”

“Daarnaast is er 870 miljoen euro vanuit de Nederlandse overheid gereserveerd, maar de bouw kost naar schatting 2 miljard euro. De exploitatie over een periode van 50 jaar kost ook nog eens ongeveer 2 miljard euro. Het is derhalve van groot belang dat het helder is waar die extra financiële middelen vandaan komen, hoe de governance in elkaar zit, welk type legal entity er gekozen wordt voor het observatorium, en wat de risico’s van het project zijn. Dat zijn de zaken die je moet voorbereiden en je moet er zeker van zijn dat andere partijen ook bereid zijn om een significante bijdrage te leveren.”

Dat zijn voor een deel de ‘andere overwegingen’ die mede bepalen wat de locatie van Einstein Telescope wordt. “Als de Euregio Maas-Rijn de locatie wordt, dan is het van belang dat we naast Nederlandse financiering ook kunnen rekenen op financiering uit bijvoorbeeld België, deelstaat Noordrijn-Westfalen en Duitsland. Het financieringsmodel zal er heel anders uit kunnen zien als de keuze op Sardinië valt. Ik denk dat voor Italië het financieel wel eens een lastiger verhaal zou kunnen worden.”

Hij besluit: “Uiteindelijk zal de beslissing over de locatie van Einstein Telescope worden genomen op het niveau van ministeries van de landen in Europa die zich bereid verklaren dit unieke wetenschappelijke project te steunen. Ik hoop dat men kiest voor het grensgebied van Nederland, België en Duitsland.”

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!