30 maart 2010. Overal ter wereld zitten wetenschappers aan hun computers gekluisterd. In het epicentrum van de deeltjeswetenschap in Genève gonst het van de zenuwen. Vandaag moet het gebeuren: de grootste machine ter wereld gaat eindelijk doen waar hij voor gebouwd is. Twee bundels van protonen zullen versneld worden tot een energie van 3,5 TeV elk – de bewegingsenergie van een mug – en daarna op elkaar gericht worden zodat de deeltjes gaan botsen. De camera’s draaien mee en op Twitter wordt live verslag gedaan. Als dat maar goed gaat…

Wetenschappers houden nauwlettend de status van de deeltjesversneller in de gaten. Zelfs op deze tot in de puntjes voorbereide grote dag kan er nog van alles misgaan.

CERN

Om de Large Hadron Collider (LHC) warm te draaien schroeven de wetenschappers eerst de energie op zonder er deeltjes doorheen te schieten. Zo wordt getest of de apparatuur naar verwachting werkt. Na die test kan het echte werk beginnen: twee bundels van protonen worden in de deeltjesversneller geïnjecteerd en nauwkeurig op elkaar gericht. Als er twee stabiele protonenbundels zijn kan het opvoeren van de energie beginnen.

Veiligheidssysteem

Maar dan gaat het mis. De bundels verliezen hun stabiliteit telkens als de energie wordt opgehoogd. Even lijkt het erop dat de grote dag van de deeltjesversneller met een domper tot een vroegtijdig einde komt. Er blijkt een probleem te zijn met de magnetische koppeling tussen de kleine versneller SPS, die de protonbundels maakt, en de grote versneller LHC. Door dat probleem treedt een veiligheidssysteem in werking waardoor de magneten hun werk niet goed kunnen doen.

Gelukkig is het een eenvoudig oplosbaar probleem. De machine wordt opnieuw opgestart, en na enkele pogingen zijn de protonenbundels in de versneller stabiel. Alles wat er dan nog rest is het opschroeven van de energie. Dat lijkt goed te gaan. De betrokken natuurkundigen zitten met ingehouden adem aan hun computerschermen gekluisterd. Het duurt ruim een half uur om de energie van de bundels op te krikken naar het gewenste niveau.

De Large Hadron Collider (LHC) is de grootste deeltjesversneller ter wereld. Hij ligt onder de grond bij het Zwitserse Genève, in een tunnel met een totale lengte van 27 kilometer. In de LHC botsen deeltjes met hele hoge snelheid en energie op elkaar. Op die manier hopen wetenschappers het heelal van vlak na de Oerknal na te bootsen, om zo meer te weten te komen over de kleinste bouwsteentjes van de natuur.

Wikimedia Commons, Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0

Wikimedia Commons, Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0

Om zes minuten over een is het zover: de bundels hebben hun doelenergie bereikt en ze worden in elkaars pad gebracht zodat er botsingen gaan plaatsvinden. En dat gebeurt ook. Alle experimenten rondom de LHC hebben botsingen gemeten – botsingen met de hoogste energie die ooit in een deeltjesversneller is gehaald. De informatie die ze uit de stroom metingen die nu binnenkomt kunnen halen bevat naar verwachting spannende en exotische nieuwe natuurkunde. Het geheim van donkere materie kan bij deze energie misschien al ontsluierd worden. Op het Higgsdeeltje moeten we waarschijnlijk nog een tijdje wachten, totdat de deeltjesversneller een nog twee keer zo hoge botsingsenergie bereikt.

“Het is een prachtige dag om een deeltjesfysicus te zijn,” zei CERN-directeur Rolf Heuer toen na jaren van bouw en voorbereiding eindelijk de champagne uit het ijs kon. De tijd voor het binnenhalen van de wetenschappelijke oogst van de LHC is aangebroken, en honderden natuurkundigen en studenten zitten er gretig klaar voor.