Met de Large Hadron Collider speuren natuurkundigen nu nog volop naar nieuwe deeltjes. Maar over een jaar of tien zit de majestueuze deeltjesversneller aan zijn taks. Wat wordt zijn opvolger? Of kun je beter vragen: wat worden zijn opvolgers?
De grootste machine ter wereld is voorlopig even buiten dienst. In de Large Hadron Collider (LHC), de deeltjesversneller van het Europese instituut CERN in Genève, werden de afgelopen weken de laatste looddeeltjes op elkaar geknald. Nu is de tweede run voorbij en volgt een twee jaar lange onderhoudsbeurt.
In de 27 kilometer lange LHC laten natuurkundigen deeltjes met bijna de lichtsnelheid – ongeveer een miljard kilometer per uur – op elkaar botsen. Na zo’n heftige frontale botsing vallen de deeltjes uiteen in een bonte mix aan andere deeltjes. Tussen die brokstukken speuren de natuurkundigen naar deeltjes die onder normale omstandigheden niet voorkomen. De vondst van zo’n nieuw deeltje werpt licht op hoe de natuur op fundamenteel niveau werkt.
Werp in april een blik op de diepe ruimte
Sterrenkundejournalist Govert S ...
De eerste run van de LHC (2009-2013) leidde in 2012 tot de baanbrekende ontdekking van het higgsdeeltje. Het bestaan van dat deeltje was al in 1964 voorspeld. Zonder het higgsdeeltje kunnen natuurkundigen niet verklaren waarom andere deeltjes massa hebben. Met andere woorden: waarom je een bowlingbal minder makkelijk weggooit dan een tennisbal. Dat is een vrij fundamentele kwestie. De ontdekking van het higgsdeeltje was dan ook een belangrijke mijlpaal in de natuurkunde.
Supersymmetrie
In de tweede run, die in 2015 begon, hadden de deeltjesbotsingen een bijna twee keer zo hoge energie. Stiekem hoopten natuurkundigen daarom dat ze ook in die periode een baanbrekende ontdekking zouden doen. Ze speurden met name naar ‘supersymmetrische deeltjes’: een soort zware tweelingbroers van de deeltjes die we om ons heen waarnemen. Als die bestaan, kan dat enkele grote openstaande raadsels in de natuurkunde oplossen. Dat van ‘donkere materie’ bijvoorbeeld: het heelal lijkt vol te zitten met deeltjes die we niet kunnen zien en die anders zijn dan alle deeltjes op aarde. Deze mysterieuze donkere materie is mogelijk opgebouwd uit supersymmetrische deeltjes.
Maar dan moeten ze wel bestaan. Tot nu toe hebben natuurkundigen in de LHC-data geen enkele aanwijzing gevonden voor supersymmetrie. Voor de buitenwereld een fikse teleurstelling. CERN-directeur Fabiola Gianotti staat daar echter anders tegenover. ‘Natuurlijk was het vinden van een heel spectrum aan nieuwe deeltjes glorieus geweest, maar ons doel is niet om supersymmetrie te bewijzen’, zegt ze.
‘Er zijn een hoop spannende open vragen in de natuurkunde. Die vragen vereisen het bestaan van een bepaalde vorm van nieuwe fysica, maar we weten niet welke vorm de natuur heeft gekozen’, zegt Gianotti. ‘We verkennen allerlei mogelijkheden, waaronder supersymmetrie, maar ook het bestaan van extra dimensies. En het kan ook iets zijn wat we nog niet bedacht hebben. Wetenschap vergt geduld, vastberadenheid en passie. Elke dag komen we een stap verder in ons begrip van de natuur. Vroeg of laat kunnen we dan die open vragen beantwoorden.’
Vlaggenschip
De komende jaren hebben natuurkundigen nog hun handen vol aan de LHC-data. Toch kijken ze alvast verder. Over een jaar of tien zit de LHC namelijk aan zijn taks. Er is dan iets nieuws nodig. Maar wat? Momenteel bespreken alle bij CERN betrokken instituten, waaronder het Nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef in Amsterdam, de toekomst van het Europese deeltjesonderzoek.
Een belangrijk agendapunt van die strategiesessies is de opvolger van de LHC. Wordt dat een nog grotere cirkelvormige versneller? Of een versneller die in een lange rechte lijn loopt?
Volgens Gianotti draait deeltjesfysica echter om meer dan alleen versnellers. ‘Natuurlijk is een nieuwe versneller iets wat we serieus overwegen. Tot dusver hebben versnellers een sleutelrol gespeeld in de deeltjesfysica, met de LHC als vlaggenschip. Maar de open vragen zijn zo divers, dat één instrument niet genoeg is. We gebruiken bijvoorbeeld nu ook al ondergrondse detectoren en telescopen. In de toekomst zullen we alle mogelijke instrumenten nodig hebben.’
Wereldleider
Doel van de strategie is dat Europa voorop blijft lopen in het deeltjesonderzoek. Waarom eigenlijk? Als er een nieuwe ontdekking in Japan of de VS wordt gedaan, is dat toch ook goed? ‘Uiteraard is fysica globaal en zijn we heel blij met elke nieuwe ontdekking’, zegt Gianotti. ‘Maar het is ook een kwestie van trots dat Europa excelleert in fundamenteel onderzoek. We hoeven niet de wereldleider te zijn, maar wel een wereldleider.’
‘Als we voorop blijven lopen, leidt ons onderzoek bovendien tot cutting edge-technologie waar de Europese industrie van profiteert’, zegt Gianotti. ‘Daarnaast is CERN wereldwijd een voorbeeld als het gaat om vredige samenwerking. Mensen van 110 nationaliteiten en allerlei instituten werken samen – dat is in de huidige maatschappij een heel goed teken.’
Strumia
Begin oktober werd de lieve vrede bij CERN echter even ruw verstoord na een presentatie van de Italiaanse natuurkundige Alessandro Strumia op een congres over de man-vrouwverhouding in de bètawetenschappen. Strumia stelde dat vrouwen bij het toedelen van wetenschappelijke functies worden voorgetrokken. Als voorbeeld noemde hij onder andere een universitaire functie waarvoor hij zelf had gesolliciteerd, die ten onrechte aan een vrouwelijke vakgenoot zou zijn toegekend. Enkele dagen na de presentatie werd Strumia door CERN voor onbepaalde tijd geschorst.
Gianotti is het oneens met Strumia’s uitspraken en noemt zijn conclusie dat vrouwen worden voorgetrokken incorrect. De uitspraken waren op zichzelf echter niet de reden voor zijn schorsing. ‘Hij gebruikte een presentatie in een internationaal congres om mensen persoonlijk aan te vallen. Hij deed dus aan naming, blaming en in zekere zin ook shaming‘, zegt ze. ‘Dat is niet in lijn met de waarden van CERN. Als je het niet eens bent met een bepaalde beslissing van een universiteit, moet je er ter plekke tegenin gaan. Niet in een presentatie voor een algemeen publiek.’
Volgens Gianotti werkt CERN hard aan het stimuleren van diversiteit. ‘Toen ik in 1994 bij CERN kwam, was 3 tot 4 procent vrouw. Nu is dat 12 tot 14 procent. Er is dus vooruitgang, maar ook nog een lange weg te gaan’, zegt ze. ‘We houden de carrières van vrouwen nauwlettend in de gaten. Daarnaast zijn er projecten om meisjes vanaf de basisschool te laten zien dat wetenschap ook voor vrouwen is. Maar we moeten ons best blijven doen om gelijke kansen aan iedereen te bieden. Ongeacht gender, nationaliteit, etniciteit of cultuur.’
Een ingekorte versie van dit artikel stond zaterdag 24 november in het Algemeen Dagblad.