Met de start van de LHC breekt een spannende tijd aan voor de deeltjesfysica. Door protonen, bouwsteentjes van atoomkernen, met enorme snelheden op elkaar te laten botsen, wordt in de machine op kleine schaal het heelal van vlak na de oerknal nagebootst. Dat maakt experimenten mogelijk waar we tot nu toe alleen van konden dromen. De wetenschappers van CERN hopen de komende paar jaar exotische deeltjes zoals het Higgsboson en supersymmetrie-deeltjes te detecteren, maar wat veel van hen nog meer aanspreekt is de veelheid van onverwachte resultaten die er vast en zeker gaat zijn. De verwachtingen zijn hooggespannen, nadat de machine gisteren voor het eerst gevuld werd met rondvliegende deeltjes.
In dit filmpje krijg je een snelle rondleiding door de Large Hadron Collider. Bron: NewScientist.com ____________________________________________________________________
Het aanzetten van de LHC begon ruim twee maanden geleden al. De supergeleidende magneten die de deeltjes in hun baan houden moesten langzaam met vloeibare stikstof en helium worden gekoeld tot vlakbij het absolute nulpunt (273 graden onder nul!),. Toen dat eenmaal lukte, werd vorige week getest of de deeltjestoevoer in beide richtingen werkte. Gisteren waren de magneten het heetste hangijzer: één verkeerd verbonden draadje of een verschuiving van een paar millimeter, zou genoeg zijn om de protonenbundel uit de 27 kilometer lange ring te laten ontsnappen en het experiment te laten mislukken.
Als de computers in de LHC een plaatje zien dat er zo uit ziet, is dat reden voor een feestje. Dit is namelijk de ‘handtekening’ van een superklein zwart gat, iets dat misschien gevonden gaat worden in de nieuwe botsmachine. Bron: CERN
Gelukkig bleek alles in orde, toen de wetenschappers in de controlekamer van CERN binnen een uur de cirkel rond maakten. De deeltjes die met de klok mee door de versneller vliegen hebben drie rondjes door de 27 kilometer lange tunnel gemaakt. Later vandaag op de middag werd de andere buis van de versneller, waar de protonen tegen de klok in vliegen, getest. Vanochtend om half negen is het gelukt om beide bundels tegelijk door de tunnel te laten snellen.
Higgsdeeltjes en supersymmetrie
Van alle mogelijke ontdekkingen die in de LHC kunnen worden gedaan, hebben er twee bijzondere aandacht.
De eerste is het Higgs-boson. Natuurkundigen zoeken al jaren naar het laatste ingrediënt voor hun Standaard Model van de elementaire deeltjes. Die zijn in de kale vorm van de theorie massaloos – er is een extra mechanisme nodig om de deeltjes (en ons!) hun massa te geven. Dat mechanisme is het Higgs-veld, een alomtegenwoordige stroopzee waar sommige deeltjes meer last van hebben dan andere. Het bijbehorende Higgsdeeltje (of deeltjes, want misschien is er een hele familie van) is nog nooit experimenteel aangetoond. De LHC heeft genoeg vermogen om het te produceren. Als dat lukt, vervalt het Higgs-deeltje in een kenmerkende waaier van vervalsproducten.
Ook is het spannend of er deeltjes worden gevonden die horen bij de supersymmetrie-theorie. Natuurkundigen die zich met snaartheorie bezighouden, verwachten dat er voor ieder deeltje een supersymmetrische ‘partner’ bestaat – een deeltje dat hetzelfde is, maar als het ware de andere kant op tolt. Als die supersymmetrische partners bestaan, zijn ze loodzwaar. Anders hadden we ze al eerder gevonden. De hoop is dat de energie van de botsingen in de LHC hoog genoeg is om zulke supersymmetrische deeltjes te maken. Zo niet, dan is het een uitdaging voor de snaartheoreten om uit te leggen waarom niet.
Een goed begin…
Hoewel het soepele opstarten van de LHC tot veel opluchting heeft geleid, kunnen de experimenten nog niet beginnen. De twee bundels vliegen vooralsnog langs elkaar, en de protonen zullen dus nog niet botsen. De botsingen, die in de vier experimentele bouwwerken in de tunnel plaats zullen gaan vinden, worden in oktober pas getest , nadat zeker is dat er niets misgaat met de bundels. Door middel van electromagnetische velden worden de bundels dan door elkaar heen getrokken en versmald in het brandpunt waar ze elkaar raken.
Ook aan de energie en snelheid van de deeltjes moet nog iets gebeuren voordat ze tot spectaculaire botsingen gaan komen. De deeltjes die vanochtend door de tunnel vlogen hebben evenveel energie als de protonen bij de Amerikaanse concurrent Tevatron: 900 GeV . Dat betekent dat ieder proton evenveel energie heeft als een vliegende mug, en dat de hele bundel net zo energetisch is als een met 300 kilometer per uur vooruit snellende trein.Uiteindelijk moet die energie bijna 10 keer zo hoog worden: 7 TeV per deeltje. Maar die energie zal voor 2009 nog niet bereikt worden.
Het einde van de wereld?
Terwijl duizenden wetenschappers reikhalzend uitkeken naar de LHC-opening, waren sommige mensen bang dat er iets heel erg mis zou gaan. Stephen Hawking, een beroemde natuurkundige, heeft namelijk voorspeld dat de LHC wellicht mini-zwarte gaten zou kunnen produceren. Zwarte gaten zijn superzware objecten, die alles wat bij ze in de buurt komt opslokken. Gelukkig kan Hawking ons ook verzekeren dat áls er al zwarte gaten tevoorschijn komen, ze in ieder geval zo klein zijn en zo snel verdampen dat er geen enkel gevaar dreigt. Een andere theorie voorspelt dat er ‘strangelets’ zouden kunnen worden gevormd, een vorm van materie die tot nu toe onbekend is. We weten immers nog lang niet alles van hoe het heelal werkt. Maar, zo zeggen de CERN-wetenschappers, ook daarover hoeven we ons geen zorgen te maken. De energie van de proton-proton-botsingen in de LHC is namelijk niet groter dan die van de deeltjes die miljoenen keren per dag in onze atmosfeer op elkaar botsen. (Plaatje: University of Chicago)
Hoewel er dus geen enkel risico is, vond de BBC de doemscenario’s zo onderhoudend dat ze er een verfilming van hebben gemaakt (wel in het Engels).
Zie ook:
- Zoeken naar het allesverklarende deeltje (Kennislinkartikel)
- Deeltjesfabriek CERN gaat knallen (Kennislinkartikel)
- Veiligheidsrapport: ‘LHC is veilig’ (Kennislinkartikel)
- Rechtzaak tegen LHC-versneller (Kennislinkartikel)