Welk nut heeft de LHC (de deeltjesversneller)?

Rhune, 16 jaar
20 november 2019

Wat kunnen ze nu precies ontdekken of onderzoeken met een deeltjesversneller?

Antwoord

Onderzoekers in het algemeen en fysici in het bijzonder zijn van nature erg nieuwsgierig. Ze willen weten hoe de natuur in elkaar zit. Deeltjesfysica is de tak die zich bezighoudt met uitzoeken wat de bouwstenen van de materie zijn en ook hoe die bouwstenen aan elkaar hangen om grotere stukjes materie te maken. Het probleem is dat de natuur niet zomaar in zijn kaarten laat kijken en dat je dus echt de informatie eruit moet wringen. Hiervoor gebruiken fysici deeltjesversnellers. Ze geven deeltjes een hoge snelheid (hoe meer hoe beter) en laten ze dan botsen op deeltjes die stil staan of op deeltjes die ook met een grote snelheid van de andere kant komen. Ze kijken dan welke fragmenten er uit de botsing komen, wat hun energie (snelheid) en richting is enzoverder. Aan de hand van deze gegevens proberen ze dan te reconstrueren wat er in de botsing is gebeurd.  Soms wordt er gezegd dat het lijkt op het laten botsen van twee auto’s in een tunnel om dan uit het geluid van de botsing af te leiden hoe ze in elkaar zitten.  

Natuurkundigen hebben best al wat bereikt in de beschrijving van opbouw van materie. Er bestaat zelfs zoiets als “Het standaardmodel”. Dit model omvat de meest fundamentele bouwstenen en verenigt 3 van de 4 fundamentele natuurkrachten namelijk elektromagnetisme, meestal wel bekend, de sterke kernkracht die de atoomkernen bij elkaar houdt en de zwakke kernkracht die verantwoordelijk is voor sommige vormen van radioactief verval. De zwaartekracht zit er niet in omdat we er nog niet in geslaagd zijn om een behoorlijke theorie te vinden die alle 4 de krachten beschrijft. Er is zelfs nog discussie of zwaartekracht wel een kracht is of eerder een eigenschap van de ruimte. Een natuurkundige theorie wordt getest door de voorspellingen van de theorie te vergelijken met experimenten. Voor het standaardmodel wil dat zeggen dat we willen kijken of de deeltjes die het model voorspelt wel bestaan, of ze de voorspelde eigenschappen hebben en of ze op de voorspelde manier met elkaar interageren. Als dat niet zo is moeten we de theorie aanpassen of een nieuwe maken. 

De LHC is de grootste en meest krachtige versneller die ooit gebouwd is. Het hoofdobjectief van de LHC was het vinden van het Higgs-boson. Het bestaan van dat deeltje werd voor het eerst vooropgesteld in 1964 door de Belgen Robert Brout en François Englert en onafhankelijk daarvan door Peter Higgs.  Englert en Higgs kregen hiervoor in 2013 de nobelprijs fysica. Brout niet omdat hij in 2011 overleed.  (Kleine anekdote: de reden waarom dat het deeltje het Higgs boson wordt genoemd is hoofdzakelijk omdat Nobelprijswinnaar Steven Wienberg in 1967 verkeerdelijk dacht dat de publicatie van Higgs (ook uit 1964) ouder was. Je kan ook wel zeggen dat het Brout-Englert-Higgs boson niet zo lekker in de mond ligt. (Desondanks, ere wie ere toekomt dus vanaf nu.)

Het Brout-Englert-Higgs-boson is een belangrijke hoeksteen van het standaardmodel en was tot voor 2012 het laatste deeltje dat nog niet experimenteel waargenomen was. De informatie over het higgs boson is bovendien erg essentieel omdat het higgs mechanisme (dat samenhangt met het Brout-Englert-Higgs-boson) de reden is waarom deeltjes massa hebben. Dat wil zeggen dat deeltjes met massa allemaal interageren met het Brout-Englert-Higgs-boson (hoe sterker de interactie, hoe groter de massa).  

De volgende stap voor LHC is het uitdiepen van het standaardmodel (verdere testen) en het kijken of het standaardmodel wel een complete beschrijving van de natuur is. Het standaardmodel heeft namelijk een aantal “kunstmatige” parameters die experimenteel bepaald worden en waarvoor de theorie geen uitleg heeft. Uitbreidingen van het standaardmodel proberen wel een verklaring te formuleren en het is dus belangrijk om te kijken of die kloppen.

En wat is nu het directe nut? Het is heel moeilijk om het directe nut van deeltjesfysica aan te duiden dus waarom doen we het dan? Hetzelfde kan gezegd worden over kwantumfysica 100 jaar geleden terwijl het nu gebruikt wordt in tal van toepassingen, van halfgeleiderelektronica tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Het indirecte nut van deeltjesfysica staat buiten elke twijfel. Zo is bijvoorbeeld het wereldwijde web op CERN ontwikkeld om de gegevens van de experimenten op een efficiënte manier te kunnen verwerken. Versnellers worden gebruikt om kankerpatiënten te behandelen. De magneettechnologie die ontwikkeld is om versnelde deeltjes een bocht te kunnen laten maken wordt nu gebruikt in MRI-scanners, vacuüm-technologie wordt gebruikt in de productie van microchips en zo kunnen we nog wel even verder gaan.  

 

Paul Schuurmans
Reactoronderzoek & Engineering

 

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2020
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen