27 mei 2015

Natuurkundeland staat op zijn kop

Op zoek naar de kleinste onderdelen van het universum

Vorige week was het zo ver. Voor het eerst heeft de mensheid het voor elkaar gekregen om protonen (waterstofkernen) op elkaar te laten botsen bij de wonderbaarlijk hoge energie van 13 TeV. Nu zal dat de meeste mensen niet zo veel zeggen en iedere vergelijking is praktisch zinloos (de energie die je nodig hebt om een appel 2 micrometer op te tillen), maar toch staat natuurkundeland op zijn kop. De LHC (Large Hadron Collider) van het CERN in Genève is op sterkte, het gaat weer beginnen!

In ons vakgebied zijn we op zoek naar de kleinste onderdelen van het universum. En dat gaat er niet bepaald zachtzinnig aan toe. Als je een auto wilt ontleden kun je een schroevendraaier pakken en de wagen uit elkaar draaien. Maar stel je nu eens voor dat de kleinste schroevendraaier die je kunt vinden vele malen groter is dan de auto. Dan zit er nog maar één ding op: slopen. Je geeft de wagen een enorme snelheid en laat hem tegen een muur aan rijden. Dit is precies wat er ook bij ons gebeurt: deeltjes worden versneld en tegen een muur aangesmeten waar ze hopelijk uit elkaar klappen en we de brokstukjes kunnen zien.

LHC Tegenwoordig pakken we dit wel iets slimmer aan. Bij de LHC gebruiken ze in plaats van een muur een ander deeltje. Deze versnellen ze ook, maar dan de andere kant op. Een frontale botsing met een rijdende auto op de snelweg levert immers veel meer schade op dan een botsing met de vangrail. En om zoveel mogelijk deeltjes te laten botsen gebruiken we niet één deeltje, maar een hele bundel. Zo vergroot je de kans op een botsing. Tot slot recyclen we de deeltjes door ze rondjes te laten maken. Zo krijgen deeltjes die gemist hebben een nieuwe kans.

De LHC schematisch weergegeven op de kaart. De deeltjes botsen in de buitenste 27 km lange ring met elkaar.

Fuseren en vervallen Het is de tweede keer dat de LHC deeltjes gaat proberen te slopen. In de vorige run werd het higgsdeeltje ontdekt, met een Nobelprijs tot gevolg. Maar we hebben ook een aantal zeer zeldzame vervallen van deeltjes gemeten. Dat zit zo. Als je twee auto’s laat botsen zullen ze door de energie uit elkaar worden getrokken. Links vliegt een achteruitkijkspiegel, rechts een bijrijdersstoel. Als je echter twee van de kleinste bouwsteentjes van het universum laat botsen, zullen ze niet in stukjes uit elkaar kunnen vallen. Wat ze wel kunnen is fuseren tot een nieuw deeltje. Alsof je twee Mini’s laat botsen en er een Ferrari uitkomt. Andersom gebeurt ook. De Ferrari kan spontaan uiteen vallen in twee Mini’s. Dit noemen we een verval.

13 TeV botsing in de ATLAS-detector van de LHC.
ATLAS Experiment © 2014 CERN

Run 2 Het meten van deeltjes die vervallen, is enorm belangrijk. We kunnen namelijk heel goed uitrekenen hoe dit gebeurt. En als het in de praktijk anders werkt, weten we dus dat onze theorie niet goed is. Dit is tot dusver slechts één keer gebeurd, maar de hoop is dat nu met de tweede run meer afwijkingen worden gevonden. Hoewel het helemaal mooi zou zijn als we zelfs nieuwe deeltjes vinden. Bijvoorbeeld nieuwe soorten higgsdeeltjes. Buiten dat gaan we uiteraard nog beter kijken naar het higgsdeeltje dat we al gevonden hebben. En daar ben ik dan weer bij betrokken.

Echte ontdekkingen Al met al zal het nog wel even duren voordat we echt in business zijn. Tegen het eind van dit jaar kunnen er misschien al eerste hints worden gevonden, maar het zal zeker nog tot eind 2016 duren voordat er zoveel is gemeten dat er echte ontdekkingen kunnen worden gedaan. En dan zal natuurkundeland wederom op zijn kop staan, dat is in ieder geval een zekerheid die we hebben.

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.