Reuzenversneller klaar voor actie


BRUSSEL - Met een 27 kilometer grote machine hopen Europese fysici vanaf morgen dieper dan ooit door te dringen in de geheimen van de natuur. Als de Amerikanen hen niet voor zijn - en als de wereld niet vergaat.


Honderd meter onder de grond, in een 27 kilometer lange ringvormige tunnel in de buurt van Genève, in het internationale natuurkundelab Cern, gaat morgen het meest grootschalige wetenschappelijke experiment ooit van start. Natuurkundigen duwen dan op de startknop van de LHC (Large Hadron Collider), een reusachtige deeltjesversneller: een machine die materiedeeltjes opjaagt tot bijna de snelheid van het licht, om ze vervolgens tegen elkaar te smakken, in de hoop dat de wegspattende brokstukken iets onthullen over de bouw van de materie en werking van de natuurkrachten.

Vanaf morgenochtend, als alles volgens plan verloopt, gaat de LHC proefdraaien - nadat er meer dan tien jaar gebouwd is aan de zowat drie miljard euro dure machine. Fysici zullen dan vanuit een kleinere deeltjesversneller protonen (bouwstenen van atoomkernen) in de grote ring van de LHC injecteren, waarna die door krachtige magneetvelden worden vastgegrepen en in het rond geslingerd. Enkele stukken van de ring zijn al uitgeprobeerd; morgen gaan - hopelijk - voor het eerst protonen de volledige arena rond. Botsen gaan de protonen nog niet; dat gebeurt pas wanneer de fysici van Cern twee deeltjesbundels tegelijk in de ondergrondse ring brengen, die in tegengestelde richtingen circuleren. Bovendien is de bundel bij de eerste proeven nog erg zwak, om de apparatuur niet te beschadigen als de bundel onverhoopt 'uit de bocht' zou gaan. Het zal nog maanden werk vragen om de versneller helemaal goed af te stellen en de bijhorende meetinstrumenten te kalibreren. Tegen volgend jaar hopen de onderzoekers de eerste bruikbare meetresultaten te bekomen.

Als de LHC eenmaal op volle kracht werkt, is het een superlatievenmachine. De deeltjesbundels, hoewel bestaand uit microscopisch kleine materiedeeltjes, draaien dan in het rond met de energie van een rijdende sneltrein, met vrijwel de snelheid van het licht (een miljard kilometer per uur). Ze worden versneld en in het gareel gehouden door vijftigduizend ton apparatuur, die allemaal diepgekoeld wordt tot 271 graden onder nul, op een zucht van het absolute nulpunt, om de magneten supergeleidend te maken.

In ondergrondse ruimten met de omvang van een kathedraal, maar dan volgestouwd met elektronische meetapparatuur, botsen de protonen met elkaar. Er worden zo'n achthonderd miljoen van die botsingen per seconde verwacht, waarbij telkens honderden deeltjes wegspatten, gecreëerd uit de energie van de botsing. Uit die achthonderd miljoen botsingen per seconde selecteren bliksemsnelle computers meteen de pakweg honderd interessantste om de gegevens ervan te bewaren. Zelfs na die schifting blijft er nog een datazondvloed van honderd gigabyte per seconde over, genoeg om elke paar seconden een harde schijf te doen vollopen. Om die gegevensstroom te verwerken heeft Cern een supersnel internationaal computernetwerk, het Grid, uitgebouwd, dat misschien een voorloper is van de volgende generatie internettechnologie - het vertrouwde world wide web is ook al op Cern uitgevonden.

Met de LHC hopen natuurkundigen in de eerste plaats de laatste hiaten op te vullen in hun 'standaardmodel', de hedendaagse theorie over de bouw van de materie en de natuurkrachten. Het voornaamste hiaat is het voorspelde maar nog nooit waargenomen Higgs-deeltje, dat een hele reeks andere deeltjes hun massa zou moeten bezorgen. Als het Higgs echt bestaat, moet de LHC het kunnen opwekken en waarnemen.

Maar er is competitie van de andere kant van de oceaan. In Fermilab bij Chicago proberen Amerikaanse fysici de Europeanen te snel af te zijn. Hun versneller, de Tevatron, is kleiner en zwakker dan de LHC, maar heeft toch ook een kans om het Higgs te verschalken. Bij Fermilab wordt nu alles op alles gezet om de metingen te voltooien vóór de LHC op kruissnelheid komt.

Als de LHC echt het Higgs vindt, dan ligt de Nobelprijs al klaar. Ook twee Belgische fysici, François Englert en Robert Brout van de ULB, horen dan tot de Nobelkanshebbers. Zij bedachten als eersten de theorie die door een accident van de geschiedenis genoemd wordt naar de Brit Peter Higgs, die enkele maanden later hetzelfde idee had. Overigens werken onderzoekers van zes Belgische universiteiten, waaronder aan Vlaamse kant de VUB, de UGent en de UA, mee aan het LHC-project.

Naast het Higgs staat er nog een en ander op het verlanglijstje van de fysici. Bijvoorbeeld hele nieuwe soorten elementaire deeltjes (zoals de zogeheten 'supersymmetrische' deeltjes) of hints over de langverwachte 'theorie van alles' die alle natuurkrachten in één model zou verenigen. Bij de meer exotische mogelijkheden horen bewijzen voor het bestaan van extra dimensies of microscopisch kleine zwarte gaten.

Die laatste mogelijkheid, of de kans dat er iets anders gevaarlijks uit de versneller te voorschijn komt, heeft aanleiding gegeven tot doemscenario's. Zou een zwart gat uit de versneller onze planeet kunnen opslokken? Uitgesloten, vinden fysici van Cern. Niet alleen blijkt uit hun berekeningen dat zo'n mini zwart gaatje ongevaarlijk zou zijn, ze hebben een bijkomend argument: in de natuur komen, als gevolg van kosmische straling uit de ruimte, even krachtige botsingen als die van de LHC voor, en zelfs nog duizend maal sterkere - het verschil is dat de LHC die botsingen op een handige, controleerbare manier in het lab brengt. En die natuurlijke deeltjesbotsingen hebben nog nooit tot het einde van de wereld geleid.


DS, 09-09-2008 (Steven Stroeykens)

__________________
"Never argue with an idiot, they'll just bring you
down to their level and beat you with experience." (c)TB