Je leest:

Een samenzwering van attometers

Een samenzwering van attometers

Auteur: | 4 december 2006

Volgens John F. Kennedy is er een Chinese vervloeking die zegt “moge hij in interessante tijden leven”. Kenners van de Chinese taal hebben tevergeefs naar de oorsprong van deze uitdrukking gezocht, maar ik wil toch nagaan of de uitdrukking van toepassing is op mijn vakgebied, de deeltjesfysica. Leven wij deeltjesfysici in interessante tijden?

In zijn boek The End of Science: Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age zegt de Amerikaanse wetenschapsjournalist John Horgan dat de wetenschap op haar eind loopt. Zijn argument is dat de wetenschap slachtoffer wordt van haar eigen succes. Er is steeds minder te ontdekken. Aan de ene kant vormen de lichtsnelheid, het onzekerheidsprincipe uit de kwantumfysica en de chaostheorie harde grenzen aan wat we kunnen weten. Aan de andere kant is er de afgelopen honderd jaar zoveel ontdekt, dat alleen het invullen van de laatste details nog resteert.

In zijn boek The End of Science: Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age zegt de Amerikaanse wetenschapsjournalist John Horgan dat de wetenschap op haar eind loopt.

Ook anderen hebben een doemboodschap over zuivere wetenschap laten horen. Zo zei Jo Ritzen, minister van onderwijs van 1989 tot 1998, over het Europese laboratorium voor deeltjesfysica CERN, dat er betere wetenschapssectoren waren om in te investeren. Ik wil betogen dat we in zeer interessante tijden leven en dat u wel degelijk waar voor uw geld zult krijgen.

Om eerlijk te zijn was het begin van de jaren negentig van de vorige eeuw was een buitengewoon saaie tijd voor de deeltjesfysica. De nieuwe LEP versneller, waar zoveel van was verwacht alleen maar het Standaard Model, de officiële theorie bevestigd. Tien jaar later staat het Standaard Model nog steeds recht overeind. Wel zijn er nu een aantal scheuren te zien in de fundering; in de komende tien jaar verwacht ik dat we de ineenstoring meemaken en de geboorte van een nieuwe theorie die het Standaard Model nu al vijfentwintig jaar verborgen heeft gehouden.

De LEP-versneller in het internationale deeltjeslaboratorium CERN bij Genève in Zwitserland. bron: CERN.

Afstanden

De titel van deze oratie is “Het Standaard Model, een samenzwering van attoformaat”. Het lijkt me op zijn plaats om eerst uit te leggen wat een attometer is. Wij mensen leven in een meterswereld. Als we naar andere afstandschalen willen gaan doen we dat bij voorkeur in sprongetjes van duizend. Duizend meter, een kilometer, is een afstand die we ook nog regelmatig tegenkomen. Voor duizend kilometer, een megameter, hebben we al een hulpstuk nodig, bijvoorbeeld een vliegtuig. Nog een stapje van duizend en we zijn de maan voorbij, maar in de deeltjesfysica bewandelen we de omgekeerde weg.

Een duizendste meter, een millimeter ( milli: 10-3, kunnen we nog prima met het blote oog zien. Om een rode bloedcel van tien micrometer te observeren moeten we naar een microscoop grijpen ( micro: 10-6). Een bacterie als bijvoorbeeld E.Coli is ongeveer één micrometer groot en een virus meet één tiende micrometer. Gaan we naar nog kleinere afstanden dan verlaten we de biologie en komen we in de scheikunde terecht met moleculen die één tot tien nanometer groot zijn ( nano: 10-9). Dit is ook het gebied van de nanotechnologie.

De E.Coli-bacterie is ongeveer één micrometer (miljoenste meter) groot, meer dan duizend keer zo groot als een atoom.

Inmiddels zijn we halverwege op onze tocht naar de attometer in de natuurkunde beland. Een atoom is circa een tiende nanometer groot. Ze bestaan uit een kern van protonen en neutronen omgeven door een wolk van elektronen. Protonen hebben een positieve elektrische lading van 1,6 × 10-19 coulomb (een elementairlading), neutronen zijn ongeladen, en elektronen hebben een negatieve lading van één elementairlading. Protonen en neutronen zijn een femtometer ( femto: 10-15) groot. Dit betekent dat atomen vooral uit lege ruimte bestaan. Hoe leeg?

Als ik een atoomkern zou voorstellen door een skippy-bal van een meter in Nijmegen, dan zou het elektron zich in Amsterdam bevinden. Tot nu toe hebben we elektronen niet verder kunnen splitsen en ook hebben we geen grootte kunnen vaststellen. Neutronen en protonen daarentegen blijken te zijn opgebouwd uit drie quarkdeeltjes. De afstanden waarop de interacties tussen deze quarks en elektronen en een aantal andere deeltjes een rol spelen, kunnen worden uitgedrukt in attometers, duizendsten van een femtometer ( atto: 10-18). Dit is het domein van het Standaard Model van de deeltjesfysica.

Atomen bestaan, op de elektronen in een ijle wolk om de kern van een paar kerndeeltjes na, voornamelijk uit lege ruimte.

Lenen uit het vacuüm

Als ik mijn skippy-bal van een meter zou opblazen zodat ons hele zonnestelsel, tot en met Pluto, erin past, dan is een attometer zo groot als een rode bloedcel. Gewone microscopen werken hier niet meer en we moeten deeltjesversnellers gebruiken. Op zo’n kleine schaal is de klassieke fysica niet meer geldig. Wij moeten onze toevlucht zoeken tot de kwantumfysica. Een belangrijk ingrediënt daarvan is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Dit houdt in dat we bepaalde grootheden niet tegelijkertijd met willekeurige precisie kunnen meten. Meet de ene grootheid en je geeft de andere grootheid een onvoorspelbare afwijking.

Twee van de variabelen waar dit onzekerheidsprincipe voor geldt, zijn tijd en energie. Dit heeft verstrekkende gevolgen. Als we de tijdsperiode maar kort genoeg houden, hebben we een grote onzekerheid van de energie en andersom. Met andere woorden: we kunnen energie “lenen” uit het vacuüm, als we het maar snel genoeg teruggeven. Hiermee is de lege ruimte niet langer leeg, maar een kolkende brij van kort verschijnende en verdwijnende deeltjes.

Deeltjesfysici drukken energie en massa uit in één eenheid: de elektronvolt. Dat is de energie van een elektron dat is versneld door een elektrisch veld van één volt. De massa van een proton bijvoorbeeld is bijna 1 gigaelektronvolt of GeV. Einstein toonde al met zijn speciale relativiteitstheorie aan dat energie (E) en massa (m) in elkaar kunnen veranderen: E = mc2.

Wanneer wij kijken naar steeds kleinere afstanden, hebben we ook steeds hogere energieën nodig en kijken we steeds verder terug in de tijd. De energieën die we nodig hebben om processen op een attometer te bekijken, zijn de energieën die ook aanwezig waren toen het heelal 10-10 seconden oud was en nog maar een miljoen kilometers in doorsnee was. Vanaf dit moment en tot één honderdste seconde na de Oerknal hebben we de deeltjesfysica nodig om het heelal te beschrijven. Daarna begint de “gewone” kosmologie.

Krachten

Het Standaard Model van de deeltjesfysica geeft een beschrijving van de elementaire, dat wil zeggen de ondeelbare deeltjes en de krachten die ze op elkaar uitoefenen. Er zijn vier fundamentele krachten, ook wel wisselwerking genoemd, met een bijbehorend boodschapperdeeltje deeltje dat de kracht overbrengt.

De meest bekende kracht is de zwaartekracht, die op massa werkt en hemellichamen in hun baan houdt. Ze heeft een oneindig bereik, maar is veel te zwak om belangrijk te zijn voor processen tussen elementaire deeltjes. De zwaartekracht wordt met de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein beschreven. Dit is geen kwantumtheorie. De zwaartekracht is dan ook niet in het Standaard Model meegenomen. Als we naar hele korte afstanden gaan, bijvoorbeeld naar de Planck-lengte van circa 10-35 meter, wordt de zwaartekracht sterk en is er een kwantumtheorie nodig om de wisselwerking te beschrijven. Op deze afstand houdt het Standaard Model dus zeker op correct te zijn. Het graviton is de drager van de zwaartekracht.

De elektromagnetische kracht werkt op elektrische ladingen en bindt elektronen in atomen. Het bereik van de kracht is eveneens oneindig, maar omdat de meeste atomen neutraal zijn, wordt dit minder opgemerkt. Het foton is de drager van deze kracht.

De sterke kernkracht bindt bijvoorbeeld de protonen en neutronen in een atoomkern. De kracht is ongeveer honderd maal sterker dan de elektromagnetische kracht, maar het bereik is beperkt tot de afmetingen van een atoomkern. De sterke kracht wordt gedragen door gluonen.

De zwakke kernkracht tenslotte is verantwoordelijk voor kernfusie in de zon en het radioactief verval van elementen. Ze heeft een kort bereik en is ongeveer even sterk als de elektromagnetische kracht. De zware W- en Z-deeltjes dragen deze kracht en lijken op licht, maar dan in een variant mét massa. bron: AAAS. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

De elementaire deeltjes, bouwstenen van alle materie, zijn er in twee smaken: quarks en leptonen. Quarks alleen in groepjes voor. De sterke wisselwerking bindt de quarks in groepjes van 2 of 3. Voorbeelden hiervan zijn het proton (2 up en 1 down quarks) en het neutron (1 up en 2 down quarks), de onderdelen van atoomkernen. Leptonen kunnen wél vrij bestaan, zoals de elektronen die de schil van atomen vormen en de neutrino’s die vrijkomen bij radioactief verval. Elementaire deeltjes zijn er in drie families; de tweede en de derde zijn kopieën van de eerste, met het verschil dat de deeltjes steeds zwaarder worden. Die zwaardere broers komen alleen in laboratoria en kosmische straling voor.

Alle materiedeeltjes hebben een anti-deeltje met dezelfde massa, maar de andere eigenschappen zoals bijvoorbeeld de elektrische lading zijn tegengesteld. Als antimaterie en gewone materie samenkomen, vernietigen ze elkaar ( annihilatie) en produceren ze een flits van energie volgens Einstein’s E = mc2. Antimaterie was aanvankelijk ingevoerd door Paul Dirac als een wiskundige truc om zijn vergelijkingen kloppend te maken, maar in 1933 werd tot ieders verbazing het anti-deeltje van het elektron, het positron ontdekt. Later zijn ook andere deeltjes zoals het anti-proton ontdekt. Volgens natuurkundigen zijn materie en antimaterie tijdens de Oerknal in gelijke hoeveelheden gemaakt.

Feynmandiagrammen

Botsingen tussen elementaire deeltjes worden beschreven met Feynmandiagrammen, genoemd naar de theoretisch fysicus Richard Feynman. Een voorbeeld staat in figuur a, voor een botsing van een elektron met een positron waarbij een Z0 wordt geproduceerd. De Z0 vervalt vervolgens in een b quark paar. Ieder element in het diagram correspondeert met een onderdeel van de formule waarmee de waarschijnlijkheid voor dit proces kan worden uitgerekend. In het voorbeeld hierboven , kunnen we, aangezien de richting en energie van de inkomende en uitgaande deeltjes bekend is, die ook voor de interne deeltjes uitrekenen. Het is ook mogelijk om diagrammen met een interne lus te maken. Een voorbeeld hiervan is figuur b. De energie die door de lus loopt, is niet te voorspellen, en daarom moeten we alle mogelijke waarden meenemen. Dit leidt in het algemeen tot een oneindige waarde en er zijn speciale technieken voor nodig om weer tot een bruikbaar resultaat te komen. Omdat iedere mogelijke waarde van de energie in de lus is toegestaan, kunnen er ook deeltjes meedoen waarvoor normaal niet genoeg energie in de botsing aanwezig is. Op die manier kunnen metingen bij lagere energie toch informatie opleveren over zwaardere deeltjes.

Het Standaard Model is in de jaren zestig van de vorige eeuw ontwikkeld. Het begon in 1961 met Sheldon Glashow die inzag dat de elektromagnetische en zwakke wisselwerking beschreven konden worden in één mathematisch model. Een van de problemen was dat er in dit formalisme alleen massaloze deeltjes waren. Robert Brout, François Englert en Peter Higgs lieten in 1964 zien dat bij voldoende lage energie een deeltje met spin nul en een bepaalde massa de andere deeltjes massa kan geven. Abdus Salam en Steven Weinberg integreerden in 1967 dit idee vervolgens in de theorie wat resulteerde in het moderne Standaard Model. Een overgebleven probleem was dat wanneer je diagrammen met een lus erin wilde uitrekenen er oneindig uitkwam. Gerard ’t Hooft en Tini Veltman lieten in 1972 zien hoe dit aangepakt kon worden en daarmee was het Standaard Model klaar om de confrontatie met het experiment aan te gaan.

Stuitende correctheid

De geschiedenis van de toetsing van het Standaard Model begint in 1983. Het model voorspelde het bestaan van zware dragers van de zwakke kracht, de W- en Z-deeltjes. Daarnaast voorspelde de theorie ook de massa’s van deze deeltjes. In 1983 ontdekten de UA1 en UA2 experimenten op CERN eerst het W-deeltje en kort daarna het Z0-deeltje, mét de voorspelde massa.

Eerste experimentele waarneming van het Z0-deeltje.

Eind jaren tachtig gingen twee grote projecten van start om precisie metingen aan het Standaard Model te doen. De ene was de Large Electron Positron versneller (lep), een 27 kilometer lange cirkelvormige versneller bij het CERN in Genève, waarin elektronen met hun anti-deeltjes botsten. De energie van de deeltjes was zo gekozen dat ze precies een Z0 deeltje konden produceren. Aan de versneller lagen vier detectoren die de signalen van de botsingen registreerden. LEP zou ongeveer zestien miljoen Z0- deeltjes produceren. Daarna werd de machine aangepast om bij hogere energie paren van W-deeltjes en andere, nieuwe deeltjes te zoeken.

Het tweede project, de SLC versneller bij het Stanford Linear Accelerator Center in Californië, is een rechte versneller waar aan het einde twee bochten zitten om de elektronen en positronen bij elkaar te brengen. De versneller ligt midden op de St. Andreasbreuk een gebied bekend om zijn aardbevingen. De deeltjes in een versneller worden gestuurd door magneten die met een precisie van enkele micrometers gepositioneerd moeten worden. Dit is een van de redenen waarom deze versneller minder Z0-deeltjes heeft weten te produceren, ongeveer een half miljoen. Doordat het bij de SLC mogelijk was om de spin van de botsende elektronen in een bepaalde richting te prepareren en omdat de SLC een betere detector had, zijn toch een aantal van de meest nauwkeurige metingen aan het Standaard Model daar gedaan.

Luchtfoto van de Stanford Linear Collider bij het Stanford Linear Accelerator Center in Californië. bron: SLAC. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

In totaal zouden meer dan tweeduizend fysici ruim tien jaar metingen doen bij LEP en sld. Dit leidde tot 1435 publicaties die vrijwel allemaal over het Standaard Model gaan. Deze publicaties worden samen bijna vijftigduizend maal geciteerd. De ironie wil dat de meest interessante meting van beide versnellers korte tijd na hun start gedaan is. Beide versnellers hebben toen bepaald dat het Standaard Model drie families heeft, iets wat toen nog niet duidelijk was. De andere resultaten hebben slechts het Standaard Model bevestigd en de parameters met toenemende nauwkeurigheid bepaald.

Higgs-massa

Een deeltje dat níet ontdekt werd bij LEP is het Higgsdeeltje, waarschijnlijk omdat LEP niet genoeg energiebereik had om het te produceren. Wel kan LEP vaststellen dat het in ieder geval zwaarder moet zijn dan 114 GeV, meer dan honderd maal de proton massa. Verder is het mogelijk om de massa van het Higgs deeltje te schatten uit andere metingen.

Tijdens de botsing tussen deeltjes kunnen kort opduikende en verdwijnende zware deeltjes – zie Lenen uit het vacuüm – invloed uitoefenen op het proces. Door alle precisiemetingen aan het Standaard Model samen te nemen, kijken welke waarde van de Higgs massa het best bij de metingen past. De waarde bij een standaardafwijking van 0 past het beste. Een standaardafwijking van 2 heeft nog maar vijf procent kans correct te zijn. We zien dat een lage Higgsmassa, zelfs beneden de LEP limiet, het beste past bij de precisiemetingen. Waarden tussen de 115 GeV en 150 GeV zijn ook nog acceptabel, maar een Higgs zwaarder dan 200 GeV is zeer onwaarschijnlijk.

Barsten in het standaard model

Als het Standaard Model zo’n succes is, waarom willen we dan een diepere theorie om het te vervangen? Er is een aantal sterke aanwijzingen dat het Standaard Model geen perfecte theorie is.

Een van de problemen van het Standaard Model is dat het erg goed is in het voorspellen hóe iets zal gebeuren, maar weinig verklaring geeft waaróm. Zelfs zonder neutrinomassa’s bevat het model achttien vrije parameters. Dit zijn de massa’s van negen fermionen, de koppelingsconstanten van de zwakke, sterke en elektromagnetische kracht, vier parameters die vermenging tussen de quarks beschrijven, de massa en de vacuüm verwachtingswaarde van het Higgsdeeltje. Als we de waarden van deze constanten experimenteel bepalen, hebben we een model waarmee we heel precies kunnen rekenen. Maar als we willen weten waarom de constanten die waarden hebben geeft het model geen enkele verklaring.

De constanten hebben bovendien vreemde waarden. Neem bijvoorbeeld de massa’s van de fermionen. Het elektron is tweehonderd maal lichter dan het muon dat zelf weer zeventien keer lichter is dat het taudeeltje. Het zwaarste deeltje dat we kennen is het topquark, nog een keer honderd maal zwaarder. De precieze neutrinomassa’s zijn nog onbekend. Wel weten we dat ze ongeveer honderdduizend maal lichter dan een elektron zullen zijn. Het is uiterst merkwaardig dat tussen deeltjes die in principe allemaal even fundamenteel zijn, zulke enorme massaverschillen zijn. Het Standaard Model biedt hier geen verklaring voor.

Luchtfoto van het Europese deeltjeslab CERN. In de witte ring van 27 kilometer lang wordt de Large Hadron Collider gebouwd, die eind 2007 op zoek gaat naar het Higgs-deeltje en naar de verschillen tussen materie en antimaterie. bron: CERN. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Iets anders wat moeilijk te verklaren is, is het grote aantal elementaire deeltjes. Iedere quark bestaat in drie kleuren, dus we hebben achttien quarks en zes leptonen. Met de anti-deeltjes erbij wordt het totaal 48. Verder zijn er nog het foton, de W- en Z-deeltjes, acht gluonen en, naar we vermoeden, het graviton. Met het Higgsdeeltje komen we op een totaal van 61 verschillende deeltjes uit, en deze zouden allemaal elementair zijn. Merkwaardig genoeg is er onder de theoretici die een alternatief voor het Standaard Model zoeken weinig aandacht voor de mogelijkheid dat quarks en leptonen zelf ook weer samengestelde deeltjes zouden kunnen zijn.

Een ander argument waarom het Standaard Model incompleet zou zijn komt voort uit het idee dat de krachten uit de deeltjesfysica drie manifestaties van één enkele oerkracht zouden zijn. Wij kunnen deze oerkracht niet waarnemen omdat wij bij een te lage energie kijken en de oerkracht daar in drie componenten uiteengevallen is. Als wij naar een energieschaal gaan die hoog genoeg is zouden die drie krachten zich verenigen en zich weer als een enkele kracht gedragen. Ditzelfde principe zien we in het Standaard Model met de elektromagnetische en zwakke kracht, maar nu zou de sterke kracht er ook bij betrokken zijn.

De sterkte van de kracht, uitgedrukt in de koppelingsconstante, blijkt af te hangen van de energieschaal waarop de kracht wordt waargenomen. De reden voor de variatie in sterkte zijn de kwantumcorrecties. Bij hogere energieën kunnen er meer deeltjes in de lussen meedoen.

Hoe de sterkte verandert als functie van de energie is dus afhankelijk van welke deeltjes er zijn. Als we het verloop van de sterke, zwakke en elektromagnetische wisselwerking bekijken met alleen de deeltjes uit het Standaard Model, dan zien we dat er geen enkele energie is, waarbij de drie koppelingsconstanten dezelfde waarde aannemen. In uitbreidingen van het Standaard Model is het door extra deeltjes wel mogelijk de krachten op één punt in energie te laten samenkomen.

Zonder de (nog nooit waargenomen) supersymmetrie lukt het niet de elektromagnetische kracht te verenigen met de sterke en zwakke kernkracht.

Een ander mysterie is de verdwijning van antimaterie uit ons heelal. We denken dat tijdens de oerknal materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden geproduceerd zijn. In het tegenwoordige heelal zien we echter vrijwel uitsluitend gewone materie. De helft van ons heelal is dus verdwenen. Dit zou kunnen als de natuurwetten niet helemaal hetzelfde zijn voor materie en antimaterie. Inderdaad voorspelt het Standaard Model een klein verschil. Dit hangt samen met de vermenging van quarks. We hebben dit verschil op vele manieren gemeten en het is perfect in overeenstemming met de voorspellingen van het Standaard Model, maar bij lange na niet voldoende om de verdwijning van de antimaterie te verklaren. Dit betekent dat er ergens anders ook nog een verschil moet bestaan. Dit kan bij de leptonen zijn, waar het Standaard Model geen verschil tussen materie en antimaterie voorspelt, of bij nieuwe deeltjes. In beide gevallen hebben we een uitbreiding van het Standaard Model nodig.

Het Standaard Model heeft ook een belangrijk numeriek probleem. Stel dat het Standaard Model slechts geldig is tot een bepaalde energieschaal. Daarboven treedt het nieuwe model in werking. We verwachten dan dat de Higgsmassa van een grootte in de orde van die energieschaal is. Als het Standaard Model geldig is tot de Planck-massa van 2,4 × 1018 GeV, verwachten we ook een Higgs massa van 2,4 × 1018 GeV. Het Higgsdeeltje heeft echter een massa van minder dan 250 GeV. Er moet wel een buitengewone samenzwering zijn van grote getallen die elkaar opheffen. Dit hiërarchieprobleem van het Standaard Model is een sterke aanwijzing dat de geldigheid van het model bij veel lagere energieën ophoudt dan bij de Planck-schaal.

De belangrijkste aanwijzing dat het Standaard Model slechts een effectief model voor een beperkt energiebereik is, komt niet van versnellers, maar uit het heelal. De meest recente metingen laten zien dat het Standaard Model maar vier procent van dat heelal beschrijft. Dat is bijvoorbeeld te zien aan clusters van sterrenstelsels, de zwaarste objecten in ons heelal. Naast sterrenstelsels bevatten deze clusters ook grote hoeveelheden heet gas, dat röntgenstraling uitzendt. Uit de temperatuur van het gas en de omloopsnelheid van de sterrenstelsels kunnen we de totale massa van een cluster berekenen. Deze is veel groter dan de massa van de sterrenstelsels en het gas. De extra massa bestaat uit zogenaamde donkere materie en metingen aan de clusters vertellen ons hoeveel ervan is: zes kilo voor elke kilo normale materie. Zelfs al die normale en donkere materie valt in het niet bij de donkere energie die als een antizwaartekracht het heelal uiteen blaast.

De weg voorwaarts

We leven in interessante tijden. Het Standaard Model is een triomf van de moderne wetenschap, maar het speelt in blessuretijd. Wat gaat men, of liever wat gaan wij eraan doen om het Standaard Model definitief te ontmaskeren?

De Large Hadron Collider (LHC) is een versneller op CERN in dezelfde tunnel van 27 km als de LEP-versneller. Ditmaal worden er protonen op protonen gebotst met een totale energie van 14 TeV, zeven maal het huidige record van de Tevatron-versneller. Omdat protonen makkelijker te produceren en te bewaren zijn dan anti-protonen kan de LHC ook veel meer botsingen produceren dan het Tevatron. Dit maakt het mogelijk om het Higgs deeltje te ontdekken tot een massa van vele honderden GeV. Nieuwe deeltjes kunnen we zelfs vinden tot massa’s van enkele TeV.

Groothoekfoto van de Atlas, één van de twee algemene detectoren bij de LHC. Het is een kathedraal van een detector, 25 bij 25 bij 40 meter groot en bestaand uit diverse subcomponenten. Aan Atlas alleen werken op het ogenblik al meer dan tweeduizend mensen, die proberen alles klaar te hebben voor de start van LHC in 2007. Aan de Radboud Universiteit Nijmegen werkt mijn groep hard aan een groot aantal elektronische modules voor de muon detectoren. Dat zijn de grote detectoren aan de buitenkant. Zij zorgen voor de identificatie van muonen bij de botsingen. Muonen zijn relatief zeldzaam in botsingen. Ze worden geproduceerd in zwakke interacties, zoals het verval van Higgs deeltjes en exotische supersymmetrische deeltjes uit de snaartheorie. Muonen zijn dus een prima instrument om die gebeurtenissen, soms maar een handjevol, uit de miljarden andere te halen. bron: CERN. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

De ontdekking van het Higgs deeltje wordt vaak genoemd als de heilige graal van de deeltjesfysica. Zijn ontdekking is echter niet het einde, maar het begin van een hele nieuwe periode. De LHC is een grof instrument en zodra we weten hoe zwaar de Higgs is en wat voor verdere deeltjes er nog zijn, is er behoefte aan een precisieinstrument om ze in detail te bestuderen. Dat instrument is de International Linear Collider, een rechte versneller waar elektronen en positronen op elkaar botsen bij een energie van een half TeV. Het ontwerp ligt op het ogenblik op de tekentafel; ook de locatie en financiering zijn nog niet rond. De verwachting is dat we in het volgende decennium met de bouw kunnen beginnen en rond 2018 de eerste botsingen kunnen verwachten.

Vliegtuig naar Stockholm

We gaan een fascinerende tijd tegemoet. De komende 10 jaar zullen ons eindelijk in staat stellen om door het Standaard Model heen te breken en iets te leren over de andere 96 procent van ons heelal. De LHC heeft volop potentieel voor ontdekkingen van Nobelprijs niveau. Delen met tweeduizend fysici zal niet eenvoudig zijn, maar net als bij de Olympische Spelen geldt, dat meedoen het belanrijkste is. Het is dan ook prettig om te zien dat sinds mijn aanstelling Ryanair vanuit ons lokale vliegveld Niederrhein een dagelijkse vlucht naar Stockholm onderhoudt. Het zijn mooie tijden om een deeltjesfysicus te zijn!

Dit artikel is een bewerking van de Oratie die prof. dr. De Groot bij zijn aantreden als hoogleraar aan de RU Nijmegen uitsprak op 29 november 2006.

Meer over CERN, LEP en de LHC

Meer over het Higgsdeeltje

Voorbij het Standaard Model

Dit artikel is een publicatie van Radboud Universiteit Nijmegen.
© Radboud Universiteit Nijmegen, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 december 2006

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.