dagblad trouw, podium, nieuws, achtergronden, kranten, verdieping, opvoeding, onderwijs, religie, filosofie, natuurtochten, gezondheid(s)zorg, cultuur, natuur, milieu, stijlboek, recensies, boeken, chat, polderpeil, maandaggids, dinsdaggids, woensdaggids, donderdaggids, vrijdaggids, weekendgids, letter, geest, letter&geest, boekrecensies, novum, laatstenieuws, rss, handheld, dossiers, trouwkabinet, illegaletrouw, ephimenco, schouten, spotprenten, spotprent, len, tom, modernemanieren, cryptogram, zusje, kritieken, nieuwskoppen, horizonreizen, relatie, parship, schrijfboek, webshop, trouwcompact, compact, animatie(s), Flash, video, radio, strip(s).
Deze website maakt gebruik van cascading stylesheets. De browser die u gebruikt lijkt deze niet te ondersteunen.
 
De ATLAS-detector in aanbouw.
De ATLAS-detector in aanbouw. | © FOTO CERN
 

Deeltjesversneller / Op zoek naar dat ene schakeltje

In de rotsen van de Zwitserse Jura nadert de grootste deeltjesversneller ter wereld zijn voltooiing. De zoektocht naar het zogeheten God-deeltje kan beginnen.

Op luchtfoto’s zijn het net potloden in een Zwitserse kleurdoos. Blauwe staafjes, netjes naast elkaar gerangschikt op groene alpenweides. Ze liggen er verloren bij tussen de bruine koeien en de Faller-huisjes. Alsof ze daar door buitenaardse wezens zijn achtergelaten.

Van dichtbij is de aanblik niet minder vreemd. De staafjes zijn in werkelijkheid 15 meter lange buizen van dik een meter doorsnee. En het zijn er vele honderden. Komt er een nieuwe oliepijpleiding door het Jura-gebergte? Nee, de blauwe buizen blijken supermagneten te bevatten en liggen klaar om te worden geïnstalleerd in ’s werelds grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider (LHC), die hier bij Genève wordt gebouwd door het onderzoeksinstituut Cern.

Hier gaat alles in het groot. De LHC komt te liggen in een 27 kilometer lange, cirkelvormige tunnel, honderd meter onder de grond. Om hierin waterstofkernen (protonen) met bijna de snelheid van het licht te laten rondcirkelen, verbruikt de versneller net zoveel elektriciteit als een middelgrote stad. En heeft ze een budget waar diezelfde middelgrote stad alleen maar van kan dromen.

Vanaf 2007 botsen hier de protonen veertig miljoen keer per seconde op elkaar. Metershoge detectoren vangen de brokstukken op, computers selecteren daar de 200 interessantste uit, maar zelfs dan hebben mens en computer nog bergen werk om uit die gegevensbrij te vinden wat ze zoeken.

Want eens in de 10 biljoen botsingen ontstaat naar verwachting het deeltje waar de fysica nu al veertig jaar naar speurt: het Higgs-boson. Dit mysterieuze deeltje moet de natuurkunde redden van haar ondergang. Tegenwoordig is de fysica succesvol en ook zijn de theorieën ongelofelijk nauwkeurig.

Toch is de natuurkunde nog niet af. Er ontbreekt iets aan: massa. De bouwstenen van de natuur, quarks en elektronen bijvoorbeeld, kunnen eigenlijk geen massa hebben. Als je probeert massa in de theorie te stoppen, exploderen de modellen.

Begin jaren zestig verzon de Schot Peter Higgs een list. Hij vulde de gehele ruimte met een onzichtbaar, stroperig veld – zoiets als de ouderwetse ether. Deeltjes worden in zo’n veld afgeremd, en deze vertraging kun je opvatten als een soort massa.

De theorie stond deze kunstgreep toe en had nog iets extra’s in petto. Het Higgs-veld zou zo nu en dan een deeltje oprispen: het Higgs-boson. Sindsdien is de jacht op dit mythische deeltje geopend. Het is de Heilige Graal van de natuurkunde, door sommigen zelfs het God-deeltje genoemd omdat het de theorie af zou maken.

Maar zo ver is men in Genève nog lang niet. De komende maanden zijn honderden, veelal Poolse en Russische technici druk doende met de installatie van de 2000 magneten. Dat is een logistieke klus: de dertig ton zware magneten zijn allemaal verschillend en kunnen elkaar in de tunnel niet passeren. Ze moeten er dus in de juiste volgorde in, en dat gaat in het gestage tempo van vier magneten per dag, zeven dagen in de week. Eind 2006 moeten ze allemaal staan.

Het is ook een precisiewerkje. De magneten, en ook de detectoren, moeten op minder dan één millimeter nauwkeurig worden uitgelijnd. Straks, als de versneller draait, moet de computer tot op een honderdste millimeter weten waar alles zich bevindt. En dat is niet zo eenvoudig. De wetenschappers hebben in het verleden geleerd dat ze rekening moeten houden met de stand van de maan, die net als bij eb en vloed aan de rotsen trekt. Of met het spoorboekje van de TGV, de snelle trein, waarvan de lekstromen zich met de fysische processen bemoeien.

En dat alles voor de zoektocht naar één deeltje? Daar komt het voorlopig wel op neer, maar niet omdat de natuurkunde met de vondst van het Higgs-deeltje af is. Het blikveld van de fysici reikt niet verder. Grote kans namelijk dat het Higgs-deeltje dat gevonden wordt, de hele zaak overhoop haalt.

„Het ’massagebied’ waar de theorie Higgs het meest waarschijnlijk acht, hebben we al helemaal uitgekamd”, zegt professor Stan Bentvelsen van de Universiteit van Amsterdam en programmaleider van Atlas, een van de vier detectoren van de LHC. „Het kan nog wel, maar als we boven een bepaalde grens komen, knalt de theorie.”

Ook als de zoektocht binnen die grens succesvol is, is het niet ondenkbaar dat de theorie gaat wringen. En zelfs als het allemaal past, is er nog een groot probleem. Het Higgs-veld heeft dan op atomaire schaal een puzzel opgelost, maar de deeltjesfysici hoeven daarmee niet aan te komen bij hun collega’s, de kosmologen. Bentvelsen: „In de ruimte van het heelal is het Higgs-veld dat we voor de elementaire deeltjes zoeken, een maatje te groot. Een factor tien tot de macht zestig (een één met zestig nullen). Met zo’n Higgs-veld zou het heelal gekromd worden tot het formaat van een voetbal. En we weten dat dat niet zo is.”

Het Higgs-deeltje wordt daarom ook wel het tapijt van onwetendheid genoemd waaronder alle problemen van de theorie worden weggeveegd. Zolang het deeltje niet gevonden is, weet niemand wat het probleem is. Maar het moet er wel zijn. „Higgs is het toilet van de theorie”, zei een fysicus ooit. „Elk huis heeft er een, maar niemand praat erover.”

Het zijn niet de gedachten waar Bentvelsen zich druk om maakt. De LHC gaat hoe dan ook nieuwe natuurkunde opleveren. De machine is krachtig genoeg om de voorspelde deeltjes te creëren, en als het Higgs-deeltje er niet bij zit, komt er vast iets ander moois uit. Hij laat ziet hoe de grafiek die de perfecte Higgs weergeeft, eruit zou moeten zien. „Maar dit is ook mooi”, zegt hij, terwijl hij een ander simulatieplaatje toont. „De energieën van de LHC zijn zo groot, er zouden kortstondig zwarte gaten kunnen ontstaan. Als dat gebeurt, zullen we het zeker niet missen.”

LHC-feiten

Omtrek: 26659 m

Magneten: 9300 stuks

Supergekoelde magneten: 2090 stuks

Aantal protonen: ca. 300 biljoen

Botsingen per seconde: tot 600 miljoen

Rondjes per seconde: 11245

Totale energie bij vol bedrijf: 332 MJ (120 kilo TNT)

Elektriciteitsverbruik: 120 megawatt

Temperatuur magneten: 1,9 Kelvin (–271 °Celsius)

Kosten versneller: 3,03 miljard euro

Jaarbudget Cern: 800 miljoen euro

Aantal stafleden Cern: 2896

Amerika tegen Europa

In het najaar van 2000 had LEP, de voorganger van de LHC, het Higgs- deeltje bijna in het vizier. Maar hoe zeer de wetenschappers ’de oude dame’ ook forceerden, het bleef bij een glimp die zo nu en dan vanachter de horizon verscheen. Op 1 november ging LEP dicht om plaats te maken voor de LHC. Tevatron, de versneller van het Fermilab bij Chicago, kon de fakkel overnemen.

De vooruitzichten leken gunstig voor de Amerikanen. LEP was tot 115 GeV (gigaelektronvolt) gegaan en Tevatron zou de 200 GeV moeten kunnen halen. Maar het vermogen van de Amerikaanse versneller was met enig kunst- en vliegwerk opgevoerd en dat wreekte zich. Het lukte maar niet om een goede deeltjesbundel te maken en er viel dus ook niet veel te meten.

Tevatron komt nu op stoom maar de tijd dringt. In 2007 gaat de LHC draaien, en die haalt 2000 GeV.

De Amerikanen houden de moed erin en klampen zich vast aan het voorbeeld van de Boston Red Sox. Bij de honkbalfinale van 2004 stonden die met 3-0 achter tegen de Yankees uit New York. Maar Boston won met 4-3.

Zwaargewichten in stroop

Het Higgs-veld lijkt op een pot stroop waarin alles moeizaam en traag beweegt. En omdat vertraging een maat is voor de massa, geeft het Higgs- veld massa aan deeltjes.

Die voorstelling is niet helemaal correct.

Het is meer dat deeltjes reageren met het veld en dat die interactie tijd kost.

Vergelijk het met een Haags politiek café waar parlementaire journalisten rondhangen. Een onbekend kamerlid kan vrij gemakkelijk in dat café de bar bereiken; de journalisten tonen weinig belangstelling voor hem.

Maar zodra een politiek zwaargewicht binnenkomt, zwermen ze om hem heen en kost het hem veel moeite het café te doorkruisen.

Het Higgs-deeltje is feitelijk een oprisping van het veld, in deze voorstelling als een gerucht. Ook daar klonteren de journalisten omheen. Er lijkt iets gaande, maar wat, blijft in het vage.


Stuur artikel door stuurdoor
Uw naam
Uw e-mailadres
Naam van bekend
E-mailadres van bekende
 
Geef uw reactie geef uw reactie
Naam
Woonplaats
E-mailadres
E-mailadres tonen
       Lees ons reglement
Reactie
 

Maximaal 1000 tekens/150 woorden (u heeft nog tekens)

 
Een prima verhaal! Ik ben dan ook afgestudeerd natuurkundige met kernfysica als hoofdvak. Er zijn mensen die dit tijd- en energieverspilling vinden, maar dat is natuurlijk onzin. In de 1e plaats omdat het gewoon in de aard van de mens ligt om te willen weten hoe de wereld in elkaar zit. En in de 2e plaats: wanneer we eenmaal weten hoe het heelal precies in elkaar zit zullen hieruit na verloop van tijd ook praktische toepassingen volgen, al weten we nu nog niet welke. Ik merk hierbij op dat de theorie ooit af zal zijn, anders zou het betekenen dat het heelal oneindig gecompliceerd zou zijn en dat is onmogelijk.
Bram Riethoff, Schiedam, (18-06-2006, 21:45:09 uur)
Internet is opgezet door de Amerikaanse defensie. WWW, de belangrijkste internetapplicatie, is wel degelijk ontwikkeld op CERN. Over de zin van fundamenteel onderzoek: Maxwell theorie (elektromagnetisme) heeft geleid tot radio, TV, magnetrons, mobiele telefoons en nog veel meer; zonder dat Maxwell ook maar 1 van deze applicaties in zijn hoofd had. Einstein heeft relativiteitstheorie ontwikkeld zonder te denken aan kerncentrales, kernwapens (was hij heel erg op tegen), het huidige GPS systeem en de Positron-Elektron Tomograaf (PET) die gebruikt maakt van anti-materie om transportverschijnselen in je lijf te bestuderen. Hetzelfde kan gezegd worden over Rontgen(stralen), Supergeleiding en nog veel meer. Kortom, zonder fundamenteel onderzoek geen onverwachte ontdekkingen (en Philips vaart er wel bij). Terzijde: Is kunst nuttig? Is muziek nuttig? Appelleren ‘slechts’ aan ons plezier. Voor veel leken doet goed beschreven wetenschappelijk onderzoek, zoals dit artikel, dat ook.
Frank Linde, ALMERE, (17-06-2006, 11:12:12 uur)
Nav. eerdere reactie: internet is een gevolg van de ontwikkelingen van de micro-elektronica, en heeft met dit onderzoek niets te maken.
n de vries, zaandam, (16-06-2006, 17:50:13 uur)
Het zou goed zijn als er veel meer artikelen over het wel en wee van de wetenschap zouden verschijnen. Het is nu een hele klus om het grote publiek iets wijzer te maken over deeltjesversnellers. De vergelijkingen met potten stroop en journalistencafés zijn wel aardig om dit te bereiken, maar niet voldoende.
Bukowsky, Santiago, (16-06-2006, 13:52:20 uur)
Veel mensen vragen zich af wat het nut is van duur fundamenteel onderzoek. Misschien is het daarom goed nog eens te vermelden dat ook het internet is voortgekomen uit bovengenoemd project.
Hans Filius, Amsterdam, (16-06-2006, 13:48:48 uur)
Jammer, een kleinste deeltje bestaat niet. Een begin of eind bestaat niet en theorie komt nooit af. Uiteindelijk zal de creatieve filosofie aan het woord gelaten moeten worden. Einstein wist dat al.
magnetiseur, Amsterdamq, (16-06-2006, 13:24:55 uur)
Leuk en goed stuk. Duidelijk uitgelegd, maar ik ben dan ook in het verleden als fysicus op cern geweest, dus ik ben bevoordeeld. Jammer dat er -op het internet- geen foto bijstaat van de alpenweiden. De vergelijking met het politieke cafe vond ik leuk gevonden!
Axel Roest, Amsterdam, (16-06-2006, 10:46:25 uur)
Goed dat Trouw aandacht besteedt aan de huidige ontwikkelingen binnen de natuurkunde. Het is heel belangrijk dat we de essentie van ons bestaan proberen te doorgronden. Daar mag best behoorlijk wat geld in gestopt worden!
Jasper, (16-06-2006, 09:40:52 uur)
Een ongelofelijke energie en grondstoffen verspilling lijkt me zeker als 2x hetzelfde wordt gezocht door politieke partners. Ik denk niet dat de aarde er leefbaarder en veiliger van wordt maar ja, dat geldt voor meer zaken.
n de vries, zaandam, (16-06-2006, 07:28:42 uur)
Polderpeil

Bent u voor de gereguleerde bevoorrading van coffeeshops?


bekijk archief