De Large Hadron Collider van CERN wordt herstart na een opknapbeurt van twee jaar. Elke mislukte poging om ontdekkingen te doen, kan een groot struikelblok worden voor nieuw succes.
De natuur heeft de laatste eeuw bewezen bijzonder meegaand te zijn voor deeltjesfysici. Neem het foton, bedacht door Einstein in 1905 als een theoretisch hulpmiddel om elektromagnetisme in licht te verklaren. De natuur gehoorzaamde; het foton bleek echt te bestaan. Een kwart eeuw later kwam Paul Dirac met antimaterie op de proppen, wat al snel opdook in kosmische straling.
En toen maakten natuurkundigen van de Large Hadron Collider (LHC) bij Cern in Genève in 2012 juichend bekend dat ze het higgsboson vonden ongeveer op de plek waar ze het verwachtten.
Voorbij het standaardmodel
De ontdekking van het higgsboson was de kers op de taart van het standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit model, opgesteld in de jaren zeventig, beschrijft de krachten en deeltjes die alle materie vormen. Alles wat deze theorie voorspelde, is op een paar punten na in experimenten bevestigd. Maar nu de voltooiing van het model nadert, blijft er nog een hoop over voor fysici om te verklaren, zonder duidelijke indicatie wat de vervolgstappen moeten zijn.
Geen overeenstemming
Met het opstarten van de LHC na een tweejarige opknapbeurt is er voor het eerst geen overeenstemming over wat er gevonden gaat worden. Als de theoretici hun succes vol weten te houden, komt er het eerste echte bewijs voor supersymmetrie uit – de theorie die donkere materie, zwaartekracht en andere fenomenen kan verklaren die het standaardmodel niet beschrijft. Maar als je de theorieën moet geloven, zou de LHC al aanwijzingen moeten hebben gehad die supersymmetrie ondersteunen. Dat was niet zo.
Dit vervult theoretici enerzijds met opwinding, en anderzijds met terughoudendheid. De vernieuwde LHC kan laten zien dat de theorie van supersymmetrie op het juiste spoor zit, zij het niet helemaal zoals verwacht. Maar het kan ook een kluwen van nieuwe deeltjes ontdekken die ons in een hele nieuwe richting stuurt. Of het ontdekt helemaal niets. De eerste twee mogelijkheden zouden opwindend zijn, en de laatste een zwaard van Damocles.
Meer energie
‘Het zou dus kunnen dat onze kennis van de afgelopen dertig jaar onjuist blijkt’, zegt Jorgen D’Hondt, directeur van het CMS-experiment in een interview met New Scientist. Maar dan nog is er geen man overboord, meent hij. ‘Dat er fenomenen zijn in de natuur die niet beschreven worden door het standaardmodel, dat zou een schok zijn. Maar tegelijk zou het ons een richtlijn geven hoe we deze nieuwe fenomenen moeten bestuderen en begrijpen.’
Als de vernieuwde LHC niet krachtig genoeg is om vooruitgang te boeken, dan is de tijd van deeltjes tegen elkaar laten botsen om de fundamentele aard van de werkelijkheid bloot te leggen waarschijnlijk voorbij. We zijn er niet zeker van dat we iets nieuws zullen vinden tot we enorm veel meer energie op weten te wekken – te groot voor elke deeltjesversneller die nu denkbaar is.
Maar er zijn alternatieven. Sommige wetenschappers beweren dat botsingen tussen protonen niet de ideale manier zijn om de natuurkunde voorbij het standaardmodel te brengen. Er bestaan plannen voor preciezere elektronenversnellers: de International Linear Collider die misschien in Japan gebouwd gaat worden, of een circulaire deeltjesversneller bij Cern die tot wel 100 kilometer lang kan worden.
Nieuwe generatie
Ons doel om de aard van de werkelijkheid te begrijpen staat dus voor het blok. Tot voor kort hadden overheidsinstanties er geen probleem mee miljarden euro’s uit te geven aan deeltjes-experimenten. Maar als de LHC niets opbrengt, zal dat vertrouwen er dan nog zijn voor de volgende generatie machines? Veel natuurkundigen beweren dat hun succes over de jaren te danken is aan goed beoordelingsvermogen, niet aan geluk. Maar nu, zonder een gevestigde theorie als leidraad voor de nieuwe experimenten, kunnen ze misschien wel al het geluk van de wereld gebruiken.
Jorgen D’Hondt vertelt over de nieuwste ontwikkelingen bij het CMS-experiment tijdens ons Cern-festival op 18 maart. Verder zullen onder andere Stan Bentvelsen (directeur Nikhef) en Robbert Dijkgraaf (directeur Institute for Advanced Study, Princeton) een bijdrage leveren.
Meer informatie en tickets bestellen: newscientist.nl/cernfestival/
Lees ook: