?Afrika kan binne die volgende vyf tot tien jaar sy eerste diep ondergrondse wetenskapslaboratorium hê met die totstandkoming van die Paarl Africa Underground Laboratory (PAUL) in die Du Toitskloof-berge in die Wes-Kaap in Suid-Afrika, wat via die bestaande Hugenote-tonnel bereik kan word.
Die PAUL-projek is verlede week amptelik bekendgestel in die nadraai van die week lange internasionale simposium by Du Kloof Lodge, waartydens huidige en toekomstige navorsingsprojekte en samewerking met ander internasionale diep ondergrondse laboratoriums bespreek is. Die Simposium oor Wetenskap by PAUL het van 14 tot 18 Januarie 2023 plaasgevind en ook 'n besoek aan die voorgestelde terrein ingesluit.
Die toekomstige Paarl Africa Underground Laboratory (alreeds 'n dekade lank in die vooruitsig) sal 'n eerste vir Afrika wees en slegs die tweede soortgelyke laboratorium in die Suidelike Halfrond, benewen Australi? se Stawell Underground Physics Laboratory. Daar is tans 'n dosyn sulke ondergrondse laboratoriums wêreldwyd, onder meer in Asi?, Europa en Noord-Amerika.
Prof. Sibusiso Moyo, Adjunk-visekanselier: Navorsing, Innovasie en Nagraadse Studie aan die US sê dat, sodra PAUL ten volle in bedryf is, dit 'n nuwe speelveld vir universiteite in die Wes-Kaap, Suid-Afrika, Afrika, en vir sy vennote sal oopmaak.
“Dit was wonderlik om hierdie week die plaaslike en internasionale fisika-gemeenskappe se belangstelling in hierdie inisiatief te sien. Te danke aan die Departement van Wetenskap en Innovasie se steun, was ons fisici in staat om hulle werk te meet teen dié van fisici afkomstig van laboratoriums van wêreldgehalte. Hierdie blootstelling sal ons help met ons langtermyn beplanning en bou van 'n ekosisteem van navorsing in hierdie opwindende veld. Die omliggende gemeenskappe sal ook voordeel trek hieruit deur nuwe werksgeleenthede en vaardigheidsopleiding."
Wat is diep ondergrondse laboratoriums?
Donker materie maak 85% van die heelalmassa uit, maar die presiese aard daarvan is nog onduidelik. Sedert die 1970s, word ondergrondse laboratoriums gebruik om te soek na sub-atomiese deeltjies waaruit donker materie bestaan, en om neutrinos (wat deur interaksie met donker materie veroorsaak word) in radio-aktiwiteitvrye omgewings te bestudeer.
Dit is slegs in hierdie ondergrondse laboratoriums, waar 'n dik rotslaag sensitiewe opsporingtoerusting beskerm teen ongewenste agtergrondseine wat deur kosmiese straalbuie geproduseer word, dat wetenskaplikes die onderlinge interaksie van hierdie seldsame deeltjies kan onderskei van die geraas aan die bokant. Hierdie sogenaamde uiters seldsame gebeurtenisse (sogenaamde “rare events") sluit onder andere dubbele beta-verval, geoneutrino's, reaktorneutrino's en donker materiedeeltjies in.
Prof. Richard Newman, 'n kernfisikus van die Universiteit Stellenbosch (US) se Departement Fisika en medevoorsitter van die simposium se re?lingskomitee, sê die fisika-gemeenskap in Suid-Afrika ondersoek reeds sedert 2011 die totstandkoming van so 'n laboratorium – aanvanklike opsies vir oorweging was Suid-Afrika se baie diep goudmyne. Reeds in 1965 het die Suid-Afrikaanse fisikus Friedel Sellschop en die (toe nog) toekomstige Nobelpryswenner, Frederick Reines, die eerste waarneming ter wêreld gemaak van 'n kosmiese natuurlike neutrino-deeltjie in 'n Oos-Randse myn, drie kilometer onder die aardoppervlak.
Die fisika-gemeenskap het egter eers onlangs begin om die lewensvatbaarheid van die Hugenote-tonnel, ('n vier kilometer lange padtonnel wat 800 meter diep in die Du Toitskloof-berge gele? is tussen Paarl en Worcester) as alternatiewe plek vir so 'n laboratorium te ondersoek. Bogenoemde is die langste padtonnel in Suid-Afrika en word bestuur deur die Suid-Afrikaanse Nasionale Padagentskap (SANRAL). As gevolg van ho? verkeersvolumes, beplan SANRAL om die huidige dienstonnel op te gradeer om sodoende die verkeersvolumes in die bestaande padverkeerstonnel te verlaag. 'n Ingenieursuitvoerbaarheidstudie sal die lewensvatbaarheid van so 'n ondergrondse laboratorium as deel van hierdie uitbreidingsprogram ondersoek.
'n Studie van 2015 deur die navorsingsgroep oor omgewingsbestraling by die US en iThemba LABS, het bevestig dat die terreinomgewing gepas is vir so 'n eksperimentele fasiliteit. Verdere navorsing is onderweg om die wetenskaplike bydrae te bepaal wat PAUL kan lewer tot die internasionale gemeenskap en verwante velde soos biologie, die geowetenskappe, chemie, myntegnologie, en ondergrondse konstruksie en argitektuur.
Newman sê daar is legio redes om die totstandkoming van so 'n fasiliteit in Suid-Afrika en Afrika te regverdig: “Vanuit 'n wetenskapsperspektief sal ons byvoorbeeld wil weet hoe 'n eksperiment met direkte donker materie in 'n ondergrondse laboratorium in die Suidelike Halfrond sal vergelyk met 'n soortgelyke eksperiment in die Noordelike Halfrond," verduidelik hy.
Prof. Lerothodi Leeuw, 'n astrofisikus verbonde aan die Universiteit van die Wes-Kaap (UWK) se Departement Fisika en Astronomie en lid van die re?lingskomitee benadruk ook die belangrikheid van nog 'n ondergrondse laboratorium in die Suidelike Halfrond: “PAUL sal in 'n strategiese posisie wees om byvoorbeeld die seisoenale modulasie in die opsporing van donker materie wat voorspel is om in fase te wees, te toets met opsporings deur direkte donker materie-eksperimente in die Noordelike Halfrond."
PAUL sal ook sterk samewerkingsbande smee met die radio-astronomie-ondersoek na donker materie deur Suid-Afrika se MEERKAT, HERA en SKA mid-opstellings waarnemings: “Suid-Afrika is alreeds op groot skaal betrokke by die indirekte meting van donker materie. Dít, in kombinasie met direkte metings by 'n toekomstige PAUL, kan lig werp op nuwe fisika," voeg Newman by.
Prof. Shaun Wyngaardt, hoof van die US se Departement Fisika en lid van die kerntaakspan, sê as multidissiplinêre laboratorium sal PAUL van groot belang wees vir radiobiolo? (gesondheid, geneeskunde), geofisici (mynwese, siviele ingenieurswese, landbou en water), en sal dit ook afwentelgeleenthede in ingenieurs- en tegnologieontwikkeling bied.
Prof. Robbie Lindsay van die UWK se Departement Fisika en Astronomie en uitvoerende lid van die PAUL-projek, sê studente sal baie baat by opleidingsgeleenthede en blootstelling aan internasionale samewerking en vennootskappe.
Die pad vorentoe
Om stukrag aan die projek te verleen, het die Departement van Wetenskap en Innovasie (DWI) saadbefondsing verskaf vir 'n lewensvatbaarheidstudie oor die oprigting van 'n ondergrondse laboratorium met 'n volume van sowat 10 000 kubieke meter. Dit sal na raming nog vyf tot tien jaar neem om te realiseer.
In sy verwelkomingsrede het Mnr Takalani Nemaungani, hoofdirekteur van astronomie by die DWI, gesê die data wat van so 'n ondergrondse laboratorium verkry sal word, sal ander data vanaf die SKA aanvul en sodoende die skakel verskaf wat onder fisci bekend staan as multiboodskapper-sterrekunde.
In 'n bespreking oor die kritiese suksesfaktore vir ho?tegnologie infrastruktuurprojekte, het Dr Rob Adam 'n vergelyking getref tussen die suksesse en mislukkings van groot projekte soos die Square Kilometre Array (SKA) Radioteleskoop, die Reaktor-omsettingsprojek, en die Korrelbed- Modulêre Reaktor (PBMR). Adam is die voormalige besturende direkteur van Suid-Afrika se Square Kilometre Array (SKA) Radioteleskoop.
Gedurende die simposium het plaaslike en internasionale fisici en nagraadse studente voorgestelde navorsingsprojekte by PAUL bespreek, en hoe hul huidige navorsing by ander ondergrondse laboratoriums kan baat deur navorsingsamewerking.
Prof. Fa?rouz Malek, direkteur van navorsing by Frankryk se Nasionale Instituut vir Kern- en Deeltjiefisika, en voorsitter van die re?lingskomitee, sê die ideaal van 'n ondergrondse fisika-laboratorium in Suid-Afrika en Afrika gaan ook oor die groter maatskaplike voordele wat dit inhou: “Natuurlik sien ons daarna uit om interessante ondergrondse fisika te doen, maar hierdie inisiatief gaan ook baie bykomende geleenthede vir jong fisici, ingenieurs, en tegnici skep." Prof. Malek is onlangs as buitengewone professor in die US se Departement Fisika aangestel.
Prof. Sean Paling, direkteur van die Boulby Underground Laboratory in die verenigde Koninkryk, sê die wetenskap in ondergrondse laboratoriums het ontwikkel en sluit nou unieke en belangrike studies in suiwer en toegepaste deeltjiefisika, aard- en omgewingswetenskap, biologie en ingenieurswese in: “Daar is groot verskeidenheid van wetenskap wat tans in ondergrondse laboratoriums plaasvind, wat hierdie spesiale plekke ook ideaal maak vir wetenskapsuitreik- en opvoedingsinisiatiewe. Ek het geen twyfel oor die betekenisvolle maatskaplike waarde wat verkry sal word uit die totstandkoming van 'n ondergrondse laboratrium in Suid-Afrika nie."
Prof. Jochen Schieck, direkteur van die Instituut vir Ho?-energie Fisika by die Oostenrykse Akademie vir Wetenskappe, het beklemtoon dat elke ondergrondse laboratorium 'n unieke aanbod het, afhangend van sy ligging en geologiese omgewing: “Vir wetenskaplikes sê die grootte van die eksperiment niks oor die wetenskaplike potensiaal daarvan nie. Sommige vrae kan slegs met groot eksperimente beantwoord word, ander met tafelbladopstellings. Uiteindelik moet jy die legkaarstukke van al die eksperimente bymekaar bring om die finale legkaart uit die heelal te ontsluit."
Prof. Elisabetta Barberio, direkteur van die ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics in Australi?, het die belangrikheid van goeie wetenskapskommunikasie beklemtoon om die publiek se belangstelling in die soektog na donker materie te prikkel, en sodoende 'n nuwe generasie innoverende denkers te inspireer. In die aanloop tot die bou van die Stawell Ondergrondse Fisika-laboratorium het plaaslike skole byvoorbeeld 'n 50% toename getoon in studente wat wetenskapsverwante vakke neem.
Dr Julia Cooley, uitvoerende direkteur van SNOLAB in Kanada, het gesê hulle is gretig om die vestiging van 'n diep ondergrondse laborataorium in Suid-Afrika te ondersteun: “Dit is een van ons strategiese doelwitte by SNOLAB om ons kennis en kundigheid met die res van die wêreld te deel en ons is opgewonde oor die moontlikheid om met 'n ander laboratorium in die Suidelike Halfrond saam te werk."
Op die foto's bo:
- Die majestueuse Du Toitskloof-berge in die Wes-Kaap sal die beplande Paarl Africa Underground Laboratory (PAUL) teen kosmiese straling beskerm. Die laboratorium sal bereik kan word via die bestaande Hugenote-tonnel wat 800 meter onder die oppervlak is.. Links op die foto is die ingang na die dienstonnel (vanaf die Paarl), met die ou pad wat lei na Du Toitskloof-pas, aan die regterkant. Foto: Wiida Fourie-Basson
- Die binnekant van die dienstonnel na die Hugenote-tonnel in the Du Toitskloof-berge in die Wes-Kaap, Suid-Afrika. 'n Ingenieursuitvoerbaarheidstudie sal die lewensvatbaarheid bepaal vir die bou van die Paarl Africa Underground Laboratory net langs hierdie tonnel. Dit sal deel uitmaak van die Suid-Afrikaanse Padagentskap (SANRAL) se planne om die dienstonnel op te gradeer en sodoende die verkeersvolume in die bestaande padverkeerstonnel te verlaag. Foto: Richard Newman
- Prof. Richard Newman van die Universiteit Stellenbosch se Departement Fisika en Prof. Fa?rouz Malek, direkteur van navorsing by Frankryk se Nasionale Instituut vir Kern- en Deeltjiefisika tydens die onlangse Symposium on Science at PAUL (SSP) wat in Suid-Afrika gehou is. Hulle is onderskeidelik medevoorsitters van die simposium se re?lingskomitee en deel van die kernspan wat die PAUL-projek dryf. Foto: Wiida Fourie-Basson
Media-onderhoude
Prof. Richard Newman
E-pos: rtnewman@sun.ac.za
Sel: 083 447 8928
Prof. Fairouz Malek
Navorsingsdirekteur
Nasionale Instituut vir Kern- en Deeltjiefisika
E-pos: fmalek@lpsc.in2p3.fr
Sel: +33 4 7628 4137
Prof. Lerothodi Leeuw
Departement Fisika en Astronomie
肆客足球 van die Wes-Kaap
E-pos: lerothodi@gmail.com
Sel: 083 700 4145
