Bron: Kennislink

Zeven vragen over de ontdekkingsmachine van CERN

Na een vertraging van ruim een half jaar zullen deze winter dan toch echt de eerste botsingen plaatsvinden in de Large Hadron Collider (LHC). Deze ‘ontdekkingsmachine’ van deeltjesfysicaconsortium CERN wordt omringd door raadsels, hooggespannen verwachtingen en zelfs een beetje angst. Hoe zit het nou eigenlijk?

1. LHC? Wat is dat eigenlijk?

LHC staat voor Large Hadron Collider, ‘grote hadronen-botser’ in het Nederlands. Hadron is een verzamelnaam voor deeltjes die uit quarks bestaan, zoals protonen en neutronen. Kort gezegd bestaat de LHC uit een enorme cirkelvormige tunnel, waarin twee bundels protonen tegen elkaar in vliegen. Daarbij vinden botsingen plaats tussen die protonen, en bij zo’n botsing komen een heleboel andere deeltjes en energie vrij. Rondom de tunnel staan tal van detectoren om die verschillende deeltjes op te vangen en te bestuderen.

© CERN/LHC

De LHC is de grootste deeltjesversneller ter wereld. De tunnel is 27 kilometer lang, en de deeltjes die er doorheen snellen halen snelheden van 99,999999% van de lichtsnelheid. De energie die een enkel piepklein deeltje in de LHC heeft is even groot als die van een mug – niet heel opzienbarend, totdat je bedenkt dat een mug een miljoen miljard miljard keer zo zwaar is als een enkel proton… De omstandigheden in de LHC zijn dan ook niet vergelijkbaar met die in welk ander laboratorium dan ook. Juist dat maakt deze superversneller zo uniek.

2. Waar is dat goed voor, zo’n deeltjesversneller?

Als je naar een insect wilt kijken, neem je een vergrootglas. Om de pootjes goed te kunnen zien is een microscoop misschien wel handig. Zo is er voor iedere meting wel een meetinstrument te bedenken. Als je naar de allerkleinste bouwsteentjes van het universum wilt kijken, haal je het niet meer met een huis- tuin- en keukenmicroscoop. Een deeltjesversneller waarin deeltjes botsen, zoals de Large Hadron Collider, kun je zien als een megamicroscoop. Door de energie van de piepkleine deeltjes naar gigantische waarden op te krikken, worden zelfs de meest minieme reacties meetbaar. De LHC wordt zelfs zo krachtig dat deeltjes die erin gespecialiseerd zijn om zich verborgen te houden, toch gevonden zullen kunnen worden.

In een cyclotron worden geladen deeltjes, zoals ionen, versneld in een cirkelvormige baan. De eerste cyclotronversneller had een doorsnede van slechts 10 centimeter. Het cyclotron wordt nog veel gebruikt voor medische toepassingen.

Je kunt je afvragen waarom wetenschappers bereid waren om de vele miljarden die nodig waren om de LHC te bouwen te besteden aan het najagen van minieme deeltjes. De LHC is niet de eerste deeltjesversneller: het oudste model werd in 1929 ontworpen. Wel is hij veel krachtiger dan de machines die hiervoor gebouwd werden, waardoor de deeltjes veel hogere energieën bereiken. Met botsingen tussen zulke hoog-energetische deeltjes kunnen we misschien eindelijk een aantal deeltjes en verschijnselen waarnemen die nodig zijn om de rest van de natuur te verklaren. De ontdekking daarvan zal niet direct ons leven overhoop gooien, maar met meer begrip van de natuurkunde komen ongetwijfeld nieuwe ontdekkingen binnen handbereik.

3. Waarom botsen er nu nog geen deeltjes?

Vorig jaar september werd de LHC onder grote mediabelangstelling aangezet. De eerste tests gingen van een leien dakje, maar nog voordat de eerste botsingen plaatsvonden werd de machine alweer uitgezet: door een kapotte verbinding tussen twee magneten lekte er helium de tunnel in. Het opwarmen, repareren en weer afkoelen van de tunnel zou maanden duren, dus besloten de bouwers om de jaarlijkse winterstop van de versneller meteen in te laten gaan.

Enkele sectoren van de tunnel worden dichtgelast, na de reparaties aan het eerste heliumlek. © CERN

Het defect bleek het begin van een reeks van tegenslagen. Deze zomer, toen de machine weer aan zou gaan, bleek er lucht in het isolatiesysteem rondom de buizen te lekken. De ingebruikname werd weer verder uitgesteld, tot het najaar. Aan het eind van de zomer werd bekend gemaakt dat de LHC het eerste jaar op halve kracht zal draaien. Zo kunnen de technici aan de machine wennen voordat het echte grote werk gaat beginnen.

Eind oktober 2009 werden er voor het eerst sinds de valse start weer deeltjes in de LHC gepompt. Sindsdien zijn er voorzichtige experimenten uitgevoerd met protonen die steeds verder de tunnel in komen, met als voorlopige record halfrond. Op een incident met een vogel en een stukje brood na lijkt tot nu toe alles goed te gaan. Naar verwachting zal de versneller half november klaar zijn om deeltjes helemaal rond te laten vliegen, en kort daarna zullen dan toch eindelijk de eerste botsingen te zien zijn.

4. Wat gaat deze ‘ontdekkingsmachine’ vinden?

Lees verder…