De krachtige deeltjesversneller Large Hadron Collider gaat dinsdag weer aan en dit is wat we kunnen verwachten

Tien jaar terug vond men het Higgsdeeltje, destijds het belangrijkste doel van deze deeltjesversneller. Blijft er nog wel wat te wensen over?

Het higgsdeeltje was het laatste ontbrekende puzzelstukje van het standaardmodel, dat alle deeltjes en bijna alle krachten die op die deeltjes werken, vangt in een formule die past op een T-shirt of koffiemok. Het is het deeltje dat alle andere elementaire deeltjes - indirect - massa geeft, en speelt daarmee een sleutelrol in het begrip van de deeltjeswereld. Toen men de LHC aan het bouwen was, stelden fysici daarom steevast dat men dit apparaat bouwde om het higgsdeeltje te ontdekken. En inderdaad: in 2012 was het raak. 

Deze week vierden fysici met publieksfeestjes, persconferenties, en zelfs twee vakpublicaties die tien jaar higgsonderzoek samenvatten, het jubileum van die historische vondst. Maar blijft er nog wel wat over, nu het oorspronkelijke doel is behaald?

Volgens deeltjesfysicus Freya Blekman, verbonden aan DESY, het Duitse nationale laboratorium voor hoge-energiefysica, komt de LHC nu pas echt op stoom. ‘Er zijn nog voldoende vragen die op antwoord wachten.’ 

Niet alleen zijn fysici op zoek naar meer kennis over alle andere deeltjes en krachten, maar ook het higgsdeeltje zelf heeft nog voldoende geheimen: of hij ook interactie kan hebben met andere higgsdeeltjes, bijvoorbeeld, en of higgsdeeltjes meer dan één verschijningsvorm hebben. Het zijn vraagstukken met grote invloed op de diepste menselijke kennis van hoe de werkelijkheid op het kleinste niveau in elkaar steekt.

Wat heeft men tijdens de upgrade gedaan?

In ruim drie jaar deed men niet alleen noodzakelijk onderhoud aan de deeltjesversneller, maar voerden de fysici ook upgrades uit: verbeteringen aan de machine zelf, en aan de vier aangesloten experimenten die de brokstukken van de deeltjesbotsingen kunnen bestuderen.

Belangrijkste resultaat van al dat werk is dat de versneller tijdens de komende meetjaren - ‘run 3’, heet dat, omdat het de derde meerjarige meetsessie betreft - bij hogere energie gaat draaien, met dikkere deeltjesbundels bovendien. Resultaat: de deeltjes worden tot hogere snelheid versneld, klappen daardoor vervolgens met meer kracht op elkaar, en al die botsingen vinden vanwege de dikkere bundels ook nog eens vaker plaats. Blekman: ‘We zullen daardoor de komende 2 á 3 jaar net zoveel meetgegevens verzamelen als gedurende de vorige 12 jaar.’

Waarvoor zijn al die gegevens nodig?

Je kunt bijvoorbeeld deeltjes betrappen die slechts af en toe tussen de brokstukken van een botsing opduiken. Maar zo mogelijk nog belangrijker is dat al die extra meetgegevens het definitieve oordeel moeten vellen over verschillende potentieel spannende ontdekkingen die rond de statistische grens hangen die ‘gewoon toeval’ scheidt van ‘dit is echt waar’.

Stuk voor stuk zijn dat ontdekkingen die een deuk kunnen slaan in het huidige standaardmodel. Fysici weten al decennialang dat er méér moet zijn dan dat model - zo begrijpt bijvoorbeeld niemand nog hoe de zwaartekracht erin past - maar bij elk experiment gedragen deeltjes zich steevast keurig volgens haar regels.

Of nou ja: de eerste voorzichtige scheuren beginnen zich ondertussen al wel af te tekenen. Zo lijkt bijvoorbeeld het zogeheten W-boson iets zwaarder dan volgens het standaardmodel mag, wiebelen muonen - zwaardere varianten van elektronen - net iets anders dan je verwacht wanneer je ze in een krachtig magneetveld plaatst, en ontdekten fysici voorzichtige aanwijzingen dat diezelfde muonen zich soms anders gedragen dan elektronen, iets dat volgens het standaardmodel onmogelijk is.

In de nieuwe gegevensstroom die de LHC vanaf dinsdag gaat verzamelen, schuilt de data die zulke vermoedens kan maken of kraken. ‘Het bewijs kan met meer meetgegevens wegsmelten als sneeuw voor de zon, of juist veel krachtiger worden’, zegt Blekman.

Als dat laatste gebeurt, opent de versneller tijdens haar ‘run 3' definitief de deur naar nieuwe, nog onbekende deeltjes en natuurkrachten, en laat ze de menselijke blik op hoe de werkelijkheid op de allerkleinste schaal werkt definitief kantelen.