Deeltjesversneller

Facebooktwittergoogle_plusmail

Op de grens tussen Frankrijk en Zwitserland, op honderd meter diepte, werd op 10 september 2008 de grootste deeltjesversneller ter wereld in werking gesteld. De verwachtingen zijn hoog gespannen.Dit experiment met de krachtigste deeltjesversneller tot hiertoe, de LHC of Large Hadron Collider, moet nieuwe horizonten verkennen bij de studie van de diepere structuur van de materie en de evolutie van het heelal.

In de grootste deeltjesversneller ter wereld zullen elementaire deeltjes met een snelheid die de snelheid van het licht benadert, met elkaar in botsing gebracht worden. Dit zal een massa informatie opleveren. Het is in de buurt van Genève dat de CERN (Europees Centrum voor nucleair onderzoek) op 10 september de deeltjesversneller opstartte. De LHC , zoals de deeltjesversneller heet, is een cirkelvormige buis met een omtrek van 27 kilometer. Natuurkundigen van over de hele wereld bestuderen er de elementaire deeltjes (onderdelen van atomen) en hun onderling gedrag.

De twee meest bekende elementaire deeltjes zijn de elektron en de foton (licht). Andere elementaire deeltjes zijn de quarks, de gluonen,… Twee bundels van subatomaire deeltjes van de familie van de “hadronen” (protonen van de kern van de waterstofatoom of lood-ionen) worden in tegengestelde richting geprojecteerd binnenin de cirkelvormige LHC. Bij elke omwenteling in de buis wordt de snelheid en dus ook de energie opgedreven. Door beide bundels frontaal met elkaar in botsing te brengen aan een snelheid die de snelheid van het licht benadert – en dus met erg hoge energie – worden binnen de LHC omstandigheden nagebootst die bestonden net na de Big Bang (het “explosieve” ontstaan van ons heelal). Duizenden natuurkundigen van over heel de wereld zullen de deeltjes die bij die botsing vrijkomen analyseren met behulp van vier detectoren, elk zo groot als een kathedraal.

De vier experimenten die men met de LHC gaat doen zullen een massa gegevens vrijgeven, zoveel dat men er jaarlijks ongeveer 100.000 dubbelzijdige DVD’s kan mee vullen. Om het mogelijk te maken dat meer dan 7.000 natuurkundigen van overal ter wereld gedurende 15 jaar (zo lang zal de LHC meegaan) aan de verwerking van de gegevens kunnen meewerken zullen tienduizenden computers over de hele planeet met elkaar verbonden worden. Dit gedecentraliseerd netwerk hebben ze de naam “Grid” (rooster) gegeven. Het was trouwens in het CERN in Genève dat in 1989 het internet werd ontworpen om de gegevens van de deeltjesversneller van toen, de LEP, te kunnen verwerken.

Met de nieuwe Grid wordt nu een nieuwe stap gezet in het collectieve en wereldwijde gebruik van de informatica. Het gaat nu niet louter meer over wereldwijde compilatie en uitwisseling van informatie op mondiaal vlak, maar over wereldwijde gelijktijdige collectieve acties.

De LHC werd gebouwd om de natuurkundigen te helpen antwoorden te vinden op sommige essentiële vragen over de fysica van de elementaire deeltjes en over hun interacties. Maar ook om naar antwoorden te zoeken op fundamentele vragen over het Big Bang-model.

Dank zij wetenschappelijke ontdekkingen ontwikkelt de fysica zich steeds verder. De LHC zou onze visie op het heelal wel eens grondig kunnen veranderen.

De voorbije decenia zijn natuurkundigen er in geslaagd – en dat met een merkwaardige precisie – de elementaire deeltjes en hun onderlinge interactie te beschrijven. Toch zijn er nog heel wat open vragen rond wat we vandaag weten over wat men het standaardmodel van de elementaire deeltjes noemt en de kwantumtheorie. Net zoals er leemtes waren in de theorie van Newton, leemtes die in de tweede helft van de negentiende eeuw meer en meer aan het licht kwamen.

De voorbije dertig jaar ontstonden er tal van theoretische voorstellen (speculaties), die een antwoord wilden geven op die lacunes. Die theorieën gaven voldoening, evenwel enkel door hun logische en mathematische samenhang. Maar dat is absoluut onvoldoende. De wetenschappers hebben ook nood aan experimentele resultaten om een echte doorbraak te forceren in het verklaren van de ‘mysteries’ van de natuur (om de waarheid zo dicht mogelijk te benaderen) en om alle theorieën die strijdig blijken met de nieuwe experimentele gegevens definitief in de vuilnisbak van de Geschiedenis van de theorieën te kieperen. En precies daarvoor dient de LHC.

Onbeantwoorde vragen

Hier enkele vragen die de natuurkundigen anno 2008 bezighouden:

. Waar komt de massa vandaan?

. Waarom komt een bepaalde massa overeen met een bepaald elementair deeltje?

. Waarom hebben sommige elementaire deeltjes geen massa?

. Waaruit bestaat het heelal?

De gewone deeltjes waaruit koeien, mensen, petroleum, de zon… bestaan,… zijn blijkbaar maar goed voor 4 % van het heelal. De overblijvende 96 % wordt zwarte materie en zwarte energie genoemd, een beetje zoals men op oude wereldkaarten “terra incognita” (onbekend land) schreef.

. En hoe zag de materie eruit vlak na de Big Bang?

. Zijn er nog andere dimensies dan de drie dimensies van ruimte en de dimensie van tijd die wij kennen?

Het is zeer waarschijnlijk dat de experimenten met de LHC antwoorden zullen geven die verschillen van wat daarover vandaag voorgesteld wordt en dat die de inhoud van de vragen zelf zullen veranderen. Dat is wat wetenschappelijke ontdekkingen zo boeiend maakt: onverwachte antwoorden die ons verplichten beter na te denken, die ons steeds weer verplichten onze opvattingen en kennis over de werkelijkheid steeds dichter bij die realiteit te doen aansluiten.

James Clerk Maxwell (1831-1879), de grote Britse wetenschapper die de elektriciteit, het magnetisme en de optica in één theorie samenbracht schreef het zo: “De experimentele wetenschappen onthullen ons voortdurend nieuwe eigenschappen van de processen in de natuur en zodoende zijn wij verplicht te zoeken naar nieuwe vormen van denken aangepast aan deze eigenschappen.”

Jean Pestieau

(professor theoretische fysica UCL)