Deeltjesfysica

Deeltjesfysica bestudeert de elementaire bouwstenen van ons universum. Atomen bestaan uit stabiele deeltjes zoals elektronen en lichte quarks. Maar dit is niet het einde van het verhaal, Einstein realiseerde al in 1905 dat energie en materie in elkaar kunnen overgaan zoals wordt uitgedrukt in zijn bekende formule E=mc2 waarbij E staat voor energie en m voor massa. De term c2 is een conversiefactor. De gevolgen hiervan zijn groot. Het betekent dat bij voldoende energie nieuwe elementaire deeltjes kunnen worden geproduceerd – en dit is precies wat wordt waargenomen in deeltjesversnellers.

Deeltjesversnellers zijn bij uitstek de apparaten om energie samen te bundelen. Door deeltjes op elkaar te laten botsen kunnen nieuwe elementaire deeltjes worden geproduceerd. Hoe groter de energie van de deeltjesversneller, hoe zwaarder de nieuwe elementaire deeltjes kunnen zijn.

Er zijn inmiddels een groot aantal deeltjesversnellers gebouwd, zoals bijvoorbeeld in Hamburg op DESY, in Genève op CERN, in Chicago op Fermilab.

Over de Large Hadron Collider (LHC)

Om door te dringen tot de wereld van het atomen en de atoomkern zijn deeltjesversnellers een onmisbaar werktuig. Als we deeltjes een grote snelheid geven worden ze effectief kleiner (een van die rare regels van de quantummechanica) en door goed te kijken hoe die kleine deeltjes afketsen van atomen of atoomkernen his het ons gelukt die wereld en de spelregels van de natuur die daar gelden bloot te leggen.

Als er in een botsing tussen deeltjes genoeg energie beschikbaar is kan er nog iets wonderlijks gebeuren, De energie van de botsing kan gebruikt worden om nieuwe deeltjes te creëren. In de loop der jaren is zo een heel patroon aan deeltjes en krachten ontdekt die niet allen de bouwstenen vormen van alle materie op aarde, maar die ook de basis vormt van alle quantum-natuurwetten. De krachtigste deeltjesversneller op aarde is op dit moment de Large Hadron Collider (LHC) op het CERN onderzoeksinstituut in Genève. De versneller staat in een cirkelvormige tunnel van ongeveer 27 kilometer lengte die ongeveer 100 meter onder de grond ligt. In de LHC worden twee bundels waarin zich wolkjes met protonen bevinden met hoge snelheid in tegengestelde richting door de tunnel gejaagd om vervolgens op elkaar geschoten te worden op een klein aantal punten in de ring. Op juist die botsingsplekken hebben wetenschappers grote detectoren ontworpen die precies registreren welke deeltjes er in de botsing geproduceerd zijn en hoe ze zich gedragen. Op zoek naar nieuwe deeltjes en nieuwe inzichten die hopelijk antwoord geven op de grote vragen waar we mee worstelen.

De hoeveelheid informatie die verzameld wordt is fenomenaal. Elke seconde vinden er een miljard botsingen plaats waaruit we de interessante botsingen filteren om onze kennis te vergroten. We kunnen inzoomen op een specifiek soort botsingen of juist kijken naar de botsingen met extreme energie waarbij we hopelijk ‘nieuwe fysica’ hebben geproduceerd. Naast protonen kan je in de LHC ook loodkernen versnellen waarmee we de condities van de natuur in het vroege heelal kunnen nabootsen, het zogenaamde quark-gluon plasma.

Sinds het najaar van 2009 botsen in de LHC protonen op elkaar en op dit moment produceert de LHC botsingen met een record-energie van 13 TeV. In die botsingen zit kennis verborgen, nieuwe inzichten … en hopelijk de antwoorden op vragen waar we al zo lang mee worstelen.

De snelste weg van Amsterdam naar Genève (CERN feature) (artikel in Nikhef-special van New Scientist)

  • Lees verder

    ALICE

    Het quarkgluonplasma

    Nikhef is lid van het ALICE experiment, een van de detectoren bij de Large Hadron Collider (LHC) van CERN in Genève. Ruim 1000 wetenschappers proberen hier antwoorden te vinden op fundamentele vragen rondom de bouwstenen van het universum. We weten dat materie is opgebouwd uit atomen, die weer bestaan uit protonen, neutronen en elektronen. ALICE richt…

  • Lees verder

    ATLAS

    Higgs, supersymmetrie en donkere materie

    Nikhef is lid van het ATLAS-experiment, een van de detectoren bij de Large Hadron Collider (LHC) van CERN in Genève. Ruim 3000 wetenschappers doen hier onderzoek naar elementaire deeltjes, zoals het Higgs-deeltje, en zoeken naar antwoorden op vragen over donkere materie.    

  • Lees verder

    eEDM

    Elektrische dipoolmoment van het elektron

    Onderzoekers in Groningen, onderdeel van het Nikhef-samenwerkingsverband, koelen moleculen af en manipuleren ze om de fundamentele interacties en symmetrieën te bestuderen van het Standaardmodel van de deeltjesfysica, waaronder het elektrische dipoolmoment van elektronen (eEDM).

  • Lees verder

    LHCb

    Antimaterie en b-quarks

    Nikhef is lid van het LHCb-experiment, een van de detectoren bij de Large Hadron Collider (LHC) van CERN in Genève. Nikhef wetenschappers proberen hier samen met internationale collega’s antwoorden te vinden op de vele vragen rondom onder andere materie en antimaterie.