Op de grens tussen Frankrijk en Zwitserland wordt medio 2008 de grootste deeltjesversneller op aarde in gebruik genomen. De Large Hadron Collider (LHC) is een luchtledige cirkelvormige buis van 27 kilometer lang, waarin bundels van protonen of van loodkernen met bijna de lichtsnelheid op elkaar klappen. Het internationale project heeft zo’n 3,75 miljard euro gekost en als de versneller eenmaal op volle toeren draait, slurpt hij bijna 10% van de energievraag van het hele Kanton Genève op. In ruil daarvoor kunnen duizenden natuurkundigen met de vier enorme detectoren op zoek naar de geheimen van elementaire deeltjes.

Volgens Walter Wagner (uit Hawaï) en Luis Sancho (uit Spanje) kan de LHC nieuwe vormen van materie maken, die in een kettingreactie de rest van de planeet opslokken. “Complete onzin”, knalt CERN-woordvoerder James Gillies in een reactie aan New Scientist. Maar wél onzin waar natuurkundigen eerder serieuze rapporten over schreven. Wat is er zo gevaarlijk aan modern deeltjesonderzoek?

Nobelprijs-deeltje

Natuurkundigen gebruiken deeltjesversnellers om de bouwstenen van alle materie te onderzoeken onder extreme omstandigheden. Tijdens de botsing in een versneller stijgen druk en temperatuur eventjes tot de waarden van vlak na de Oerknal waarmee het heelal begon. Bij zulke energieën kunnen kort zware, instabiele deeltjes ontstaan. Die vallen in een fractie van een seconde weer uit elkaar in kenmerkende vervalsproducten.

Deeltjeslaboratoria als CERN in Genève maar ook het Amerikaanse Fermilab in Chicago zoeken naar sporen van bijvoorbeeld het Higgsdeeltje, dat alle andere deeltjes hun massa geeft. Zonder ‘het Higgs’ zou alle andere materie gewichtloos zijn, maar het is zelf nog nooit in een experiment aangetoond. De LHC heeft volgens natuurkundigen de beste papieren om de komende twee jaar te laten zien of het Higgsdeeltje bestaat. Dat is bijna zeker een Nobelprijs waard.

Vreemde quarks en zwarte minigaatjes

Wagner, zelf opgeleid als natuurkundige aan de Universiteit van Californië in Berkeley, denkt dat deeltjesversnellers méér maken dan Nobelprijsmateriaal. Als de deeltjesbundels in de LHC elkaar goed raken, smelten de versnelde protonen misschien samen tot minuscule zwarte gaten. Die ontstaan volgens Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie overal waar teveel massa in een te klein volume zit. De zwaartekracht wordt dan zó groot, dat niets meer kan ontsnappen. Zwarte minigaatjes zouden kleiner zijn dan een atoomkern, maar kunnen langzaam groeien door omliggende materie op te peuzelen. Hoe groter het zwarte gaatje, hoe sneller het kan eten en groeien; uiteindelijk gaat de hele planeet eraan.

Het kan nog vreemder. Fysici Arnold Bodmer en Ed Witten bedachten in 1984 een zeldzaam deeltje dat niet uiteen kan vallen in andere materie en die zelfs op kan slokken. Dat komt door de speciale eigenschappen van het strange-quark, een zes zulke basisblokken van materie in het natuurkundige Standaard Model. Het lichtere up- en downquark zijn de bouwstenen van alle atoomkernen in het heelal. De andere quarks komen van nature niet voor – er is veel energie voor nodig om ze te maken. Zoals, vreest Wagner, de energie in een moderne deeltjesversneller. De Hawaïaan is bang dat samenstelsels van up-, down- en strangequarks – strangelets – niet meer uiteenvallen in andere deeltjes. Ze zouden hun omgeving zelfs stelselmatig in méér strange matter veranderen.

Instabiel

Dan nu het goede nieuws. Een Amerikaanse onderzoekscommisse bekeek al voor de ingebruikname van de versneller RHIC in 2000 het risico van zulke rampproducten. Onder andere na waarschuwingen van – ook toen – Wagner. In het rapport staat dat er “geen grond is gevonden voor een serieuze dreiging”. Strangelets én zwarte minigaten zijn nooit waargenomen en volgens de beste berekeningen en waarnemingen zijn ze zelfs als ze ontstaan instabiel. Ze verdampen in een wolk Hawkingstraling – een bizar kwantumverschijnsel waardoor een zwart gat uiteen kan vallen in een flits straling en deeltjes – of door uiteen te vallen in lichtere deeltjes zonder strange-quarks.

Slordig geredeneerd, kaatst Wagner terug. Want het reddingsmechanisme van Hawkingstraling is nog nooit waargenomen. Bovendien is niet iedereen ervan overtuigd dat zwarte gaten op die manier massa kunnen verliezen. Ook het bestaan en de stabiliteit van strangelets zouden openstaande vragen zijn. De kans dát een van de twee in de LHC ontstaat is misschien klein, maar de schade kan enorm zijn. En dus vraagt de Amerikaan aandacht voor het mogelijke gevaar.

Kosmische straling

De website van de LHC besteedt een pagina aan de angst voor rampzalige gevolgen van het experiment. “Deeltjes in de LHC hebben elk dezelfde energie als een paar rondvliegende muggen”, vertelt de website. “De specialiteit van de LHC is het vermogen die energie te bundelen in een gebiedje, nog kleiner dan een atoom. Zelfs dat valt in het niet bij de energieën die van nature voorkomen in kosmische straling.” Zulke deeltjes slaan vanuit het heelal in op de aarde, de Maan en de andere planeten. Dagelijks knallen er zo’n 10.000 op de atmosfeer met meer energie dan de LHC ooit kan opbrengen. Als zulke botsingen rampzalige restproducten opleverden, was dat al veel eerder gebeurd en opgemerkt.

Hét verschil tussen natuurlijke kosmische straling en deeltjes die uit LHC komen zetten is snelheid. Als een deeltje uit de kosmische straling een klein zwart gaatje produceert, schiet dat door met de oorspronkelijke snelheid: binnen een seconde is het door de aarde gereisd en vliegt het verder het heelal in. Wagner denkt dat de LHC juist langzaam bewegende rampproducten maakt. De twee botsende deeltjesbundels in het apparaat bewegen namelijk tegen elkaar in, zodat reactieproducten relatief langzaam uit de botsing komen zetten. Daardoor hebben ze veel meer tijd om schade aan te richten dan hun natuurlijke tegenhangers uit kosmische straling.

Rechtzaak

Stelt CERN de al vaker vertraagde start van haar superversneller uit voor een rechtzaak op Hawaï? “Het is moeilijk te zien wat voor gezag een federale rechtbank in de V.S. heeft over een samenwerkingsverband van verschillende Europese overheden”, stelt CERN-woordvoerder Gillies in de New York Times. Ook Wagner geeft toe dat CERN zich vrijwillig aan het hof zou moeten onderwerpen. Hij had de zaak liever in Frankrijk of Zwitserland aangespannen, maar moest wegens geldoverwegingen voor zijn thuisbasis kiezen. Op een website verzamelt de criticus fondsen.

Voorlopig ziet het deeltjeslab geen reden om in te gaan op de aanklacht. De voorbereidingen voor de ingebruikname van de LHC gaan dus ongestoord verder. In juli moeten de deeltjesbundels voor het eerst door de 27 kilometer lange cirkelbaan racen. En dan is het wachten wat er uit de botsingen komt rollen: strangelets, zwarte minigaatjes, of toch maar het Higgsdeeltje?