De Large Hadron Collider (LHC) is een wonder van de moderne deeltjesfysica die onderzoekers in staat heeft gesteld de diepte van de werkelijkheid te doorgronden. De oorsprong gaat helemaal terug tot 1977, toen Sir John Adams, de voormalige directeur van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN), voorstelde om een ondergrondse tunnel te bouwen die plaats zou kunnen bieden aan een deeltjesversneller die buitengewoon hoge energieën kan bereiken, volgens een History paper 2015 door natuurkundige Thomas Schörner-Sadenius.
Het project werd twintig jaar later, in 1997, officieel goedgekeurd en de bouw begon aan een 16,5 mijl lange (27 kilometer) ring die onder de Frans-Zwitserse grens liep en in staat was deeltjes tot 99,99 procent van de lichtsnelheid te versnellen en ze te breken samen. Binnen de ring geleiden 9300 magneten pakketten met geladen deeltjes in twee tegengestelde richtingen met een snelheid van 11,245 keer per seconde, en brengen ze uiteindelijk samen voor een frontale botsing. De faciliteit is in staat om elke seconde ongeveer 600 miljoen botsingen te veroorzaken, waarbij ongelooflijke hoeveelheden energie worden uitgestoten en af en toe een exotisch en nooit eerder gezien zwaar deeltje. De LHC werkt met een energie die 6,5 keer hoger is dan de vorige deeltjesversneller die recordhouder is, Fermilab's ontmantelde Tevatron in de Verenigde Staten.
De bouw van de LHC kostte in totaal $ 8 miljard, waarvan $ 531 miljoen afkomstig was uit de Verenigde Staten. Meer dan 8000 wetenschappers uit 60 verschillende landen werken mee aan de experimenten. De gaspedaal zette op 10 september 2008 voor het eerst zijn stralen aan en botste slechts op een tien miljoenste van de oorspronkelijke ontwerpintensiteit.
Voordat het begon met operaties, vreesden sommigen dat de nieuwe atoomvernietiger de aarde zou vernietigen, misschien door een allesverslindend zwart gat te creëren. Maar elke gerenommeerde natuurkundige zou stellen dat dergelijke zorgen ongegrond zijn.
"De LHC is veilig en elke suggestie dat het een risico zou kunnen vormen, is pure fictie", vertelde CERN-directeur-generaal Robert Aymar in het verleden WordsSideKick.com.
Dat wil niet zeggen dat de faciliteit mogelijk niet schadelijk kan zijn bij onjuist gebruik. Als je je hand in de straal steekt, die de energie van een vliegdekschip concentreert tot een breedte van minder dan een millimeter, zou er een gat doorheen gaan en dan zou de straling in de tunnel je doden.
Baanbrekend onderzoek
In de afgelopen 10 jaar heeft de LHC atomen tegen elkaar geslagen voor zijn twee belangrijkste experimenten, ATLAS en CMS, die hun gegevens afzonderlijk gebruiken en analyseren. Dit is om ervoor te zorgen dat geen van beide samenwerking de ander beïnvloedt en dat elk een controle biedt op hun zuster-experiment. De instrumenten hebben meer dan 2000 wetenschappelijke artikelen gegenereerd over veel gebieden van de fundamentele deeltjesfysica.
Op 4 juli 2012 keek de wetenschappelijke wereld met ingehouden adem toe hoe onderzoekers van de LHC de ontdekking van het Higgs-deeltje aankondigden, het laatste puzzelstuk in een vijf decennia oude theorie, het standaardmodel van de natuurkunde genaamd. Het standaardmodel probeert rekening te houden met alle bekende deeltjes en krachten (behalve zwaartekracht) en hun interacties. In 1964 schreef de Britse natuurkundige Peter Higgs een paper over het deeltje dat nu zijn naam draagt, waarin hij uitlegt hoe massa ontstaat in het universum.
De Higgs is eigenlijk een veld dat de hele ruimte doordringt en elk deeltje dat er doorheen beweegt sleept. Sommige deeltjes sjokken langzamer door het veld en dit komt overeen met hun grotere massa. Het Higgs-deeltje is een manifestatie van dit veld, waar natuurkundigen al een halve eeuw naar op jacht waren. De LHC is expliciet gebouwd om deze ongrijpbare steengroeve eindelijk te veroveren. Uiteindelijk ontdekten Peter Higgs en de Belgische theoretisch natuurkundige Francois Englert in 2013 dat de Higgs 125 keer de massa van een proton hadden, omdat ze het bestaan ervan hadden voorspeld.
Zelfs met de Higgs in de hand kunnen natuurkundigen niet rusten omdat het standaardmodel nog steeds enkele gaten heeft. Ten eerste gaat het niet om zwaartekracht, die meestal wordt gedekt door Einsteins relativiteitstheorieën. Het verklaart ook niet waarom het universum is gemaakt van materie en niet van antimaterie, die in het begin van de tijd in ongeveer gelijke hoeveelheden had moeten worden gecreëerd. En het zwijgt volledig over donkere materie en donkere energie, die nog niet ontdekt waren toen het voor het eerst werd gecreëerd.
Voordat de LHC werd ingeschakeld, zouden veel onderzoekers hebben gezegd dat de volgende grote theorie er een is die bekend staat als supersymmetrie, die vergelijkbare maar veel zwaardere tweelingpartners toevoegt aan alle bekende deeltjes. Een of meer van deze zware partners zouden een perfecte kandidaat kunnen zijn voor de deeltjes waaruit donkere materie bestaat. En supersymmetrie begint grip te krijgen op de zwaartekracht en legt uit waarom het zoveel zwakker is dan de andere drie fundamentele krachten. Voorafgaand aan de ontdekking van de Higgs hoopten sommige wetenschappers dat het boson uiteindelijk iets anders zou zijn dan wat het standaardmodel voorspelde, wat duidt op nieuwe fysica.
Maar toen de Higgs opdoken, was het ongelooflijk normaal, precies in het massabereik waar het standaardmodel zei dat het zou zijn. Hoewel dit een geweldige prestatie is voor het standaardmodel, heeft het natuurkundigen geen goede aanwijzingen gegeven om door te gaan. Sommigen zijn begonnen te praten over de verloren decennia die op jacht waren naar theorieën die goed klonken op papier, maar die niet lijken overeen te komen met werkelijke waarnemingen. Velen hopen dat de volgende gegevensverzameling van de LHC een deel van deze puinhoop zal helpen oplossen.
De LHC werd in december 2018 stilgelegd om twee jaar van upgrades en reparaties te ondergaan. Als het weer online komt, kan het atomen vernietigen met een lichte toename van energie, maar met een verdubbeling van het aantal botsingen per seconde. Wat het dan zal vinden, is een gok van iedereen. Er wordt al gesproken over een nog krachtigere deeltjesversneller om deze te vervangen, gelegen in hetzelfde gebied maar vier keer zo groot als de LHC. De enorme vervanging zou 20 jaar en 27 miljard dollar in beslag kunnen nemen.
