‘Wordt die recht? Of wordt die rond? Komt die in Japan? Of in Europa? Of komt die toch in China?’ Zo gaan de laatste tijd regelmatig de koffietafelgesprekken tussen deeltjesfysici van organisaties als CERN en het Nederlandse Nikhef. Het onderwerp van deze discussies: de nieuwe, toekomstige deeltjesversneller die de fysica opnieuw op de kop moet zetten. Spoedig zal de beslissing vallen.

In 2012 ontdekten wetenschappers op CERN het higgsboson: het deeltje dat verklaart waarom andere deeltjes massa hebben. Omdat dit zo’n belangrijk puzzelstuk is om fundamentele deeltjes te begrijpen, zijn wij deeltjesfysici het er allemaal over eens dat de volgende versneller een ‘higgsfabriek’ moet zijn. Door het aan de lopende band produceren van higgsbosonen kunnen we de eigenschappen nog nauwkeuriger bestuderen.

Want er zijn nog veel belangrijke dingen die we er niet over weten. Reageert het higgsboson niet alleen met zware deeltjes, maar ook ‘gewone’ aardse materiedeeltjes zoals lichte quarks en leptonen? Reageert het higgsboson met mysterieuze onzichtbare deeltjes, zoals neutrino’s en donkere materie? En reageert het higgsboson met zichzelf?

Recht

Wat voor type versneller gaan we bouwen om deze vragen te beantwoorden? Een rechte versneller is momenteel de favoriete optie van Japan. Daarin kunnen we elektronen laten botsen met hun antideeltjes, om zo zware deeltjes als het higgsboson te maken. Het grote voordeel is dat een rechte versneller slechts 20 kilometer lang hoeft te zijn, en al rond 2030 klaar kan zijn voor gebruik – nog voor het einde van de huidige LHC-versneller op CERN. Als we later hoger-energetische processen willen bestuderen, kan dat door de rechte versneller te verlengen.

Groepsfoto van de ‘Higgs and Beyond‘ workshop in Tohoko University, vlakbij Sendai, waar de rechte Japanse versneller gebouwd zou kunnen worden (2013).

Rond

De ronde versneller is favoriet bij zowel Europa als China. Het voornaamste voordeel is dat een dergelijke versneller een veelvoud aan higgsbosonen produceert. Daarbij kun je er later protonen op elkaar laten botsen, waardoor je op langere termijn ook naar nieuwe zware deeltjes kan zoeken. Een belangrijk nadeel is wel dat je daarvoor een tunnel van zo’n 100 kilometer nodig hebt, en dat het bouwen daardoor meer tijd en geld kost.

FCC Week‘ in de Beurs van Berlage in Amsterdam, waar zo’n vijfhonderd deeltjesfysici de plannen voor een ronde Europese versneller bespraken (2018).

Beslissing

Om het besluit te kunnen maken, werkt Europa momenteel aan een nieuwe strategie voor de toekomst van de deeltjesfysica.  Ondertussen heeft de deeltjesfysici-gemeenschap Japan vorig jaar vriendelijk doch beslist verzocht om spoedig een beslissing te nemen over hun mogelijke investeringen in de rechte versneller. Een groot, internationaal project is een kwestie van de lange adem, maar na de vele discussies over de vorm en de locatie begint het er nu echt op te lijken dat er spoedig meer concreet nieuws uit Japan komt.

Deelnemers aan de ICFA workshop in Canada, waar zowel de rechte als de ronde versnellers, in Japan, Europa en China onderwerp van discussie waren (2017).

Of de volgende versneller recht of rond wordt, en of de route via China, Japan of Europa zal leiden: op de weg naar nieuwe ontdekkingen is de volgende halte een higgsfabriek.

Prijsvraag: de eerste die de auteur op alle drie de foto’s vindt, wint een rondleiding op Nikhef  – het Nationaal Instituut voor Subatomaire Fysica op Amsterdam Science Park. Inzendingen op Twitter via @Tristan_duPree.