Tweet

Met deeltjesversneller kijkje in de keuken van de kosmos /4 reacties

Na elk antwoord kun je weer opnieuw de vraag ‘waarom?’ stellen. Dat weet iedereen die wel eens een gesprek heeft gevoerd met een jong kind, of dat ooit zelf is geweest. Omdat ‘daarom’ geen antwoord is, zoeken ze het bij het Europees laboratorium voor deeltjesfysica (CERN) tot op de bodem uit.

Bruut geweld

Honderd meter onder de grond, even ten westen van Geneve, legt CERN de laatste hand aan de Large Hadron Collider, ’s werelds grootste deeltjesversneller. Die moet in mei gaan draaien. Door subatomaire deeltjes met bruut geweld te laten botsen, krijgen natuurkundigen een kijkje in de keuken van de kosmos.

Gigantisch

De toevoeging ‘Large’ is in het geval van de Large Hadron Collider (LHC) geenszins overdreven. Zo’n beetje alles aan het apparaat is gigantisch. In een bijna-circelvormige tunnel met een omtrek zo’n 27 kilometer worden protonen en ionen (subatomaire deeltjes die deel uitmaken van de familie der hadronen) versneld tot vlak onder de lichtsnelheid. Daarbij maken ze 11.245 rondes per seconde.

Operationele kosten: 19 miljoen euro per jaar. Maar dan heb je ook wat

Om de deeltjes tot die snelheid op te stuwen zijn 9300 supergeleidende magneten nodig, die worden gekoeld tot -271,3 graden celcius, net iets boven het absolute nulpunt. Wat het apparaat tot niet alleen ’s werelds grootste deeltjesversneller maakt, maar het volgens CERN ook kwalificeert als de grootste koelkast ter wereld.
Hoewel de machine is aangelegd in de tunnel van diens voorganger, de Large Electron-Positron Collider, bedragen de constructiekosten een slordige 3 miljard euro.
Operationele kosten: 19 miljoen euro per jaar. Maar dan heb je ook wat. De ongekend hoge energie waarmee de LHC deeltjes frontaal op elkaar laat botsen, zullen natuurverschijnselen onthullen zoals die vlak na de oerknal hebben plaatsgevonden. Men hoopt zo de vinger te kunnen leggen op enkele prangende kwesties uit de fundamentele natuurkunde.

700 MB per seconde

Het Higgs-boson, supersymmetrie, donkere energie, antimaterie, extra dimensies… Het lijken kreten uit een bizar sciencefictionverhaal. Maar natuurkundigen kijken halsreikend uit naar de resultaten van de experimenten met de LHC, waarmee mogelijk aanwijzingen voor het bestaan van die exotische verschijnselen worden gevonden.

Crashtest

Op schaal van een proton ontstaat een energiedichtheid zoals die was een fractie van een seconde na de oerknal

De reusachtige machine is een soort crashtest voor hadronen, waarin men minutieus vastlegt wat er gebeurt als die met een nauw gespecificeerde energie op elkaar botsen. Om die deeltjes de gewenste energie te geven, worden de protonen en ionen in een reeks van versnellers steeds verder versneld. Twee nauwkeurig gecontroleerde bundels worden uiteindelijk in tegenovergestelde richting in de vacuüm tunnel van de LHC geïnjecteerd.
Daar veroorzaken ze zo’n 600 miljoen botsingen per seconde met een energieniveau van 14 terra-electronvolt. Voor een gewone sterveling is dat niet veel (ongeveer de energie van de botsing tussen een mens en een mug), maar op de schaal van een proton ontstaat een energiedichtheid zoals die was een fractie van een seconde na de oerknal.
Door die hoge energie ontstaan bij botsingen (relatief) zware deeltjes, die je in het dagelijks leven niet snel tegenkomt. De stortvloed aan nieuwe deeltjes die bij de botsingen ontstaat, wordt geregistreerd door huizenhoge detectoren die gezamenlijk zo’n 700 MB aan informatie per seconde vastleggen.