Moet er een nog grotere deeltjesversneller komen, als opvolger voor de LHC-versneller op CERN? Voor Chris Quigg, een invloedrijk theoreticus van Fermilab in de VS, staat dat buiten kijf. ‘Een grotere versneller levert altijd iets op’, zegt hij bij een werkbezoek aan Nikhef in Amsterdam.
Quigg (71) is een oude rot in de deeltjesfysica. Hij schreef in de jaren tachtig al mee aan een studie die verkende welke vragen krachtiger deeltjesbotsers zouden kunnen beantwoorden. Het artikel gaf concrete doelen aan een groeiend vakgebied.
En ook nu is Quigg betrokken bij de discussies in Europa, over de wegen die de deeltjesfysica zou kunnen kiezen. ‘Er is veel om het over te hebben’, zegt hij. ‘En het is niet gemakkelijk om te bedenken waar we heen moeten. Wat ook niet helpt is dat deeltjesfysici een talent hebben voor langdurig twijfelen aan alles.’
Eind vorig jaar publiceerde Quigg wel een nieuwe lijst van tientallen fundamentele fysische vragen waarop toekomstige grotere versnellers misschien antwoorden kunnen geven. Van de exacte eigenschappen van het Higgs-deeltje tot verrassende nieuwe fysica.
U stelt daarbij uiteindelijk ook de gewetensvraag, of de deeltjesfysica niet veel meer out of de box moet denken.
‘Omdat we altijd slimmer moeten willen zijn dan we tot nog toe waren. Mensen denken bijvoorbeeld dat de LHC-versneller met zijn 27 kilometer omtrek groot is. Maar ik draai het graag om: de LHC is juist verbazingwekkend klein voor wat hij kan. Om dat te bereiken moesten we leren hoe je deeltjesbundels focusseert en efficiënter afbuigt met supergeleidende magneten. Met oude technieken zou LHC zo groot als de aarde moeten zijn.’
U stelt ook dat de deeltjesfysica eigenlijk voor het eerst geen helder reisdoel heeft. Wat bedoelt u daarmee?
‘De LEP-versneller op CERN en later de LHC waren versnellers die ons in een energiedomein van een paar TeV brachten waar volgens de theorie het Higgs-deeltje haast zeker moest opduiken.’
En dat is nu niet zo?
‘Stel dat Elon Musk eens gek doet en een tunnel van 100 kilometer in de omgeving van Genève graaft en die zetten we vol met magneten als in de LHC. Dat kom je ongeveer op 50 TeV aan energie. Dat heeft zeker interessante nieuwe mogelijkheden. Maar er is geen theorie die zegt dat we bij een mooi rond getal als 100 TeV iets heel anders moeten gaan zien.’
Wat dan wel?
‘Meer precisie. Bijvoorbeeld de Higgs-zelfkoppeling. We weten eigenlijk niet of de dingen dei daarover in onze leerboeken staan, wel kloppen. We denken dat, maar we weten het niet.’
Er zijn mensen die vinden dat om die reden een veel grotere versneller, bijvoorbeeld de FCC bij Genève, te weinig zin heeft.
‘Zeker, maar dat is een misverstand. Dezelfde mensen vinden ook dat de LHC na de ontdekking van het Higgsdeeltje in 2012 niks meer oplevert. Dat is niet waar. Er verschijnen wekelijks drie, vier nieuwe papers met uitstekende resultaten van ATLAS, CMS, LHCb en anderen. Die halen niet allemaal de voorpagina’s, zeker niet. Maar ze dragen allemaal bij aan de accumulatie van kennis over het universum. We leren voortdurend.’
Maar critici zeggen: jullie vinden meer van hetzelfde. Ze vragen: waar zijn de nieuwe deeltjes?
‘Daarbij is de suggestie dat we die nieuwe deeltjes, bijvoorbeeld in de vorm van supersymmetrie, hebben beloofd. Dat is onzin. Er zijn collega’s die dat wel hebben gedaan, en dat is in mijn ogen niet verstandig of gepast, maar de versnellerfysica is een vak van verkenners. Van zien wat er komt als je verder meet dan je ooit eerder deed. Daarom ligt mijn hart bij hogere energie. Zo hoog mogelijk.’
Is dat politiek te verkopen? De projecten kosten miljarden.
‘Het grote publiek heeft in mijn ervaring juist groot respect en bewondering voor verkenners en pioniers. We schieten sondes het heelal in zonder dat we zeker weten wat we gaan vinden. Deeltjesfysica doet dat op zijn eigen manier ook.’
Er zijn ook felle critici binnen de wetenschap.
‘Ik heb meegemaakt hoe in de VS de bouw van de SSC-versneller in Texas werd stopgezet, omdat andere vakgebieden honderd projecten voor hetzelfde geld konden doen. Die keuze is zo oud als de wetenschap. Je kunt niet alles tegelijk. De keus is politiek.’
Moet Europa zo’n Future Circular Collider van 100 kilometer bouwen?
‘Vooral het idee dat je de tunnel voor meerdere projecten gebruikt, zoals de LEP-tunnel daarna de LHC werd, staat me erg aan. Een FCC kan beginnen met elektronen en positronen met min of meer bekende technieken. Puntdeeltjes, voor meer precisie. En dan daarna met nieuwe magneettechnieken naar protonen of andere hadronen voor verkenningen bij hogere energie.’
China schijnt daar ook wel oren naar te hebben.
‘Daar is moeilijk hoogte van te krijgen. Als de Chinezen het willen, doen ze het, zo gaat dat in een geleide economie. Wat ik wel weet is dat ze niet genoeg mensen hebben om zoiets te realiseren, die moeten ze in Europa en de VS inhuren. En ik weet niet wie er in een autocratisch regime wil leven en werken, als puntje bij paaltje komt.’
Eventueel is ook een lineaire versneller in Japan nog een optie.
‘Japan laat zich er al heel lang niet helder over uit. Maar wat ik belangrijker vind is dat het huidige ontwerp van die ILC lang niet meer zo ambitieus is als waarmee we begonnen. De machine is kleiner en zwakker dan je zou willen. Het is momenteel niet mijn favoriet. Maar anderzijds: als hij morgen kant en klaar uit de lucht valt, weet ik zeker dat een derde van al mijn collega’s in Japan aan de slag gaat.’
Echt veel out of the box is er niet aan deze projecten, toch?
‘Dat is waar. Dat is ook de reden dat ik niet echt een rangorde in mijn lijstje heb. Ik zou graag een totaal nieuw idee hebben, waardoor een versneller als de LHC opeens op een keukentafel zou passen. Dat zou geweldig zijn, en er zijn zelfs wel ideeën om zoiets met plasmagolven te gaan doen. Al denk ik dat dat eerder interessante is voor medische toepassingen dan baanbrekende deeltjesversnellers.’
Uw studie heette dus niet voor niets Dream Machines.
‘Er is niets principieels dat een nieuwe revolutie in de deeltjesfysica verbiedt, dus dromen mag en moet. Ik maak me meer zorgen over de detectoren. Deeltjesdetectoren als ATLAS en CMS zijn hele gebouwen. Ik lig weleens wakker van de vraag hoe je eigenlijk een detector klein genoeg krijgt voor op een keukentafel.’
