Sinds 5 juli knallen protonen heftiger dan ooit frontaal op elkaar in de Large Hadron Collider (LHC), ’s werelds grootste deeltjesversneller. Na een grondige upgrade die meer dan drie jaar in beslag nam, staan ons vier jaar kernfysisch vuurwerk te wachten.
De LHC bestaat uit een ringvormige tunnel van nagenoeg 27 kilometer lang. In beide richtingen draaien protonen rondjes door de tunnel, elk rondje sneller dan het vorige, opgezweept door meer dan 9.000 magneten. Wanneer ze hun topsnelheid bereiken, slechts een tikkeltje onder de lichtsnelheid, laten de experimentatoren beide zinderende protonenstromen recht op elkaar botsen.
En dan wordt het pas echt spannend: welke brokstukken komen uit het puin tevoorschijn? Het gloriemoment vond tien jaar geleden plaats. Op 4 juli 2012 schreef de LHC geschiedenis door de ontdekking van het langverwachte higgsdeeltje aan te kondigen.
Lees ook: Tien jaar na de historische vondst is het higgsboson nog lang niet uitgespeeld
Op 4 juli is het tien jaar geleden dat het deeltjesfysicalab CERN het higgsboson op de wereld losliet, een deeltje met sterrenstatus én een Belgische connectie. Een decennium later is de rol van het higgs nog niet uitgespeeld: het kan een bijdrage leveren aan toekomstige doorbraken in de fysica.
Alles kan beter
Maar dat is geen reden om voldaan achterover te leunen. De afgelopen jaren sleutelden experimentele natuurkundigen, ingenieurs en technici aan zowat alles waaraan te sleutelen viel, met als voornaamste doel om zowel het aantal botsingen als de botsingsenergieën verder op te drijven. Want dat verhoogt de kans om er interessante deeltjes uit te vissen.
Na een eerdere lange onderbreking (Long Shutdown, kortweg LS) voor de deeltjesversneller in de periode 2013-2015, werd de LHC tussen 2018 en 2022 (LS2) door de pandemie extra lang stilgelegd. De heropstart dateert eigenlijk al van 22 april, maar het duurde enkele maanden om de botsingsenergie veilig tot de nieuwe topwaarde te brengen.
Op 5 juli, 16u47 was het dan zo ver: twee protonenbundels met elk een energie van 6,8 TeV kletterden op elkaar, goed voor de nieuwe beoogde botsingsenergie van 13,6 TeV en zowat 5 procent hoger dan het maximum tot dusver.
Daarmee is ‘Run 3’ officieel van start gegaan, klaar om tijdens de vier jaar die voor deze run zijn uitgetrokken meer botsingen op te leveren dan tijdens de twee vorige runs samen.
Strenge testen voor het standaardmodel
Maar dit alles is uiteraard geen spelletje recordje breken. Run 1 (2010-2013) leverde ons het higgsdeeltje op, het deeltje dat massa verleent aan andere deeltjes (en zichzelf). Run 2 (2015-2018) verschafte wetenschappers meer inzicht in het mechanisme dat (de zwaardere) elementaire deeltjes massa laat ontvangen van dat higgsdeeltje. Run 3 moet dit plaatje vervolledigen voor de lichtere deeltjes, zodat we een vrij compleet beeld krijgen van het higgsmechanisme.
Daarnaast moeten meer en hardere botsingen toelaten om het standaardmodel aan nog strenge testen te onderwerpen. Hoe fenomenaal succesvol dit standaardmodel de afgelopen vijftig jaar ook geweest is, het laat enkele fundamentele vragen onbeantwoord, zoals de aard van donkere materie, de onverwachte kleine massa van het higgsdeeltje en het onevenwicht tussen materie en antimaterie. Fysici zijn daarom koortsachtig op zoek naar een dieperliggende, nieuwe fysica. Het kleinste barstje in het standaardmodel zou de weg daarnaartoe banen.
Fabiola Gianotti, Directeur-Generaal van het CERN, verwoordt het als volgt: ‘Wanneer je onderzoek verricht, hoop je dat je iets onverwachts vindt, een verrassing. Dat zou het beste resultaat zijn. Maar het antwoord ligt uiteraard in de handen van de natuur. Het hangt af van hoe zij de open vragen in de fundamentele fysica beantwoordt.’ Want, aldus Gianotti, het uiteindelijk doel blijft ‘om te begrijpen hoe de natuur werkt op het meest fundamentele niveau’.
Welkome glimp
Na 2025 krijgen we opnieuw een Long Shutdown, waarna de High Luminosity LHC voor een nieuwe stap voorwaarts moet zorgen.
Als het aan de Raad van het CERN ligt, moet dan de echte kwantumsprong komen: een uitbreiding van de ondergrondse tunnel van 27 naar 100 kilometer. Om voldoende financiering te krijgen voor dit megaproject zou een glimp van een dieperliggend fundament van de werkelijkheid meer dan welkom zijn.
