Deveaux’ team doet onderzoek aan superkleine deeltjes, de zogeheten hadronen. Ze doen dat met de deeltjesversneller Super Proton Synchrotron, waarin ze de atoomkernen laten botsen met ongeveer een tiende van de lichtsnelheid. Daarbij komen zogeheten hadronen, andere subatomaire deeltjes en heel veel energie vrij. De wetenschappers verrichtten daar vervolgens metingen aan. Het experiment draagt de wat cryptische naam NA61/Shine. In dit onderzoeksprogramma werken 100 natuurkundigen uit 15 verschillende landen en 28 wetenschappelijke instituten samen.

Het team ontwikkelde in 2015 plannen om nieuwe sensoren in te bouwen in de meetapparaten bij CERN in Genève. Die sensoren bestonden eigenlijk uit aangepaste smartphonecamera’s, die uitstekend geschikt bleken om de minuscule hadronen te detecteren.

De wetenschappers liepen echter tegen een moeilijkheid aan: tijdens de experimenten ontstaan er forse hoeveelheden radioactieve straling. En ze wilden weten of de smartphonecamera’s daar wel tegen kunnen.

De gelegenheid om dat te testen deed zich voor toen de magneten van het NA61/Shine een paar weken buiten gebruik raakten. De wetenschappers hadden op korte termijn behoefte aan een licht, op afstand bestuurbaar, stralingsbestendig apparaat om de nieuwe sensoren te testen. Er een bouwen in de werkplaats zou veel te lang duren.

Terwijl Michael Deveaux ’s avonds met zijn twee jaar oude dochter aan het spelen was, mijmerde hij wat over het probleem met het NA61/Shine-experiment. Hij kreeg de inval dat LEGO wellicht voor een oplossing zou kunnen zorgen. LEGO is licht, bestand tegen straling, en een apparaat van LEGO-bouwstenen kan snel worden ontworpen en zo nodig simpel aangepast.

Deveaux belde direct zijn jongere broer en vroeg hem hun LEGO-dozen uit hun jeugd op te halen bij het huis van hun ouders. De broer, een architect, bouwde vervolgens samen met zijn tienjarige zoon een prototype van een verplaatsbaar apparaat. Michael Deveaux kocht de ontbrekende onderdelen, zoals een elektromotor, bij een LEGO-winkel in Frankfurt.

De broers kwamen het weekend erna opnieuw bij elkaar, testten het apparaat en namen de snelheid op waarmee het apparaat kon worden verplaatst. Dat was nodig omdat tijdens de metingen bij CERN het apparaat niet te zien was; het kon alleen op afstand worden bestuurd. Wanneer de rijsnelheid bekend was, konden de onderzoekers simpelweg de seconden aftellen.

Toen ze ervan van overtuigd waren dat het zou werken, diende Michael Deveaux een rapport in bij NA61/Shine. Het apparaat, gebouwd van alle kleuren LEGO-steentjes, werd goedgekeurd en in november 2015 geïnstalleerd. De collega’s van Deveaux vonden het geweldig. „Al snel begonnen ze het apparaat op te tuigen door er LEGO-boompjes op te plaatsen”, vertelt Deveaux. „Ik moest hen manen dit niet te doen.”

De tests bleken succesvol en leverden de benodigde informatie op. En hoe zit het vijf jaar na dato met het geïmproviseerde apparaat? „Het LEGO-apparaat staat op een plank in mijn kantoor”, liet Deveaux vorige maand weten in een CERN-persbericht. „In afwachting van gebruik in de toekomst, hetzij door NA61/Shine of mijn kinderen.”

Hadrononderzoek

In het NA61/Shine-experiment onderzoeken natuurwetenschappers hadronen. Hadronen zijn subatomaire samengestelde deeltjes. In veel gevallen gaat het om protonen of neutronen, deeltjes die voorkomen in de kern van de meeste atomen. Een hadron bestaat uit twee of meer bouwsteentjes, die quarks heten; die worden bijeengehouden door de sterke kernkracht, een van de vier fundamentele natuurkrachten.

De term hadron werd in 1962 geïntroduceerd door de Russische natuurkundige Lev Okun.

Natuurkundigen kunnen experimenten uitvoeren met hadronen door protonen of atoomkernen van zware elementen zoals lood of goud tegen elkaar te laten botsen in een deeltjesversneller. In het NA61/Shine-experiment gebeurt dat in de Super Proton Synchrotron van CERN in Genève. In het ‘puin’ van de geproduceerde deeltjeschaos kunnen de natuurwetenschappers metingen verrichten en subatomaire deeltjes detecteren.

Onderzoek aan neutrino

Het NA61/Shine-experiment speelt een belangrijke rol in het internationale neutrino-onderzoek. Tijdens de botsingsexperimenten in de Super Proton Synchrotron van CERN in Genève ontstaan er namelijk ook neutrino’s. De nauwkeurige meetapparatuur van het NA61/Shine-experiment maakt het mogelijk om daaraan exacte berekeningen uit te voeren.

Neutrino’s zijn de kleinste deeltjes in het heelal. Ze vliegen met de lichtsnelheid dwars door alles heen. Elke seconde gaan er 60 tot 100 miljard door een vingertop, en passeren er 100.000 miljard ons lichaam.

De minuscule deeltjes laten praktisch geen spoor na. Zelfs sterke magnetische velden kunnen de deeltjes niet uit hun loodrechte baan trekken. Deze eigenschappen maken het heel moeilijk om neutrino’s te vangen en te bestuderen.

Strijd tegen corona

Enkele Taiwanese basisschoolleerlingen zijn de strijd met corona aangegaan op hun eigen manier: met LEGO-blokjes. Daarmee bouwden ze een op afstand bedienbare dispenser voor desinfectiemiddel, liet persbureau Reuters vorige maand weten.

Het kostte de leerlingen vier dagen om de dispenser te ontwerpen en te bouwen. Momenteel staan er in de hele school vier stuks. Nu het ontwerp er staat, vergt het slechts veertig minuten om er nog één te bouwen.

Hun medeleerlingen van een basisschool in de Zuid-Taiwanese stad Kaohsiung vinden het geweldig. Zodra ze de kans krijgen, proberen ze er hun handen mee te ontsmetten.

Dat is geen wonder, want de dispenser nodigt de leerlingen er zelf toe uit. Zodra de ultrasone sensor merkt dat iemand zijn handen ervoor houdt, roept een opgenomen stem: „Handen wassen is super.” Een motortje beweegt tegelijk via set tandwielen een handel naar achter, waardoor een pompje in werking wordt gezet. Het apparaat spuit vervolgens een straaltje alcoholbevattend desinfectiemiddel op de handen.

De ultrasone sensor op de kop van de robotdispenser wordt aangestuurd via een computerprogramma, legde schooldirecteur Wu Ya-ju uit op nieuwszender CNA. Volgens haar is het doel van de robot dat de studenten hun handen kunnen ontsmetten zonder het risico te lopen dat ze elkaar besmetten.

De LEGO-robotdispenser is het resultaat van het onderwijsprogramma van de Linyuan Elementary School. De leraren vonden een jaar na de kernramp in Fukushima in Japan in 2011, dat de studenten meer moesten leren over de basisprincipes van robotica. Sindsdien heeft de roboticaclub van de Taiwanese school verschillende prijzen gewonnen op tal van internationale wedstrijden.

LEGO in het lab

Wetenschappers van het gerenommeerde Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS gebruiken LEGO in hun laboratorium. Ze maken er heel nauwkeurige vloeistofpompjes mee. Gewoonlijk gebruiken ze daarvoor platte ‘chips’, tweedimensionale plaatjes. Daarin zijn kleine kanalen en poorten geëtst die het mogelijk maken om de vloeistoffen te mengen, te sorteren, te verpompen en op te slaan terwijl ze stromen.

Normaal gesproken is het erg duur om een prototype van zo’n tweedimensionale chip te maken. Een alternatieve manier om dit voor elkaar te krijgen, was met LEGO-blokjes. „LEGO-blokjes zijn goedkoop, overal verkrijgbaar, herbruikbaar, consistent in hun grootte en exact op maat”, laat Anastasios John Hart, hoofddocent werktuigbouwkunde, weten op de website van het MIT. De hoge precisie waarmee de blokjes zijn geproduceerd, maken het voor de wetenschappers mogelijk er een heel nauwkeurige modulaire vloeistofpomp mee te maken.

De wetenschappers publiceerden hun LEGO-werkstuk onlangs in het wetenschappelijk tijdschrift Lab on a Chip. „Je kunt het microvloeistofsysteem bouwen zoals je een LEGO-kasteel bouwt, steentje voor steentje”, zegt hoofdauteur Crystal Owens van MIT.

„We hebben ook nog geëxperimenteerd met verschillende coatings om de LEGO-steentjes te beschermen tegen agressieve vloeistoffen”, geeft Owens aan. „Als het nodig is, kunnen we LEGO-achtige steentjes ook maken uit andere materialen, zoals polymeren die tegen hoge temperaturen of tegen agressieve chemicaliën kunnen.”