Large Hadron Collider

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Ligging ten noorden van Genève

Schema van de LHC met de kleinere injektieringen voor de deeltjes en de diverse detectors in de hoofdring

De Large Hadron Collider is een ondergrondse deeltjesversneller gebouwd op de Frans-Zwitserse grens in de buurt van Genève. De LHC is gebouwd door CERN en is op 10 september 2008 voor het eerst in gebruik genomen^[1][2]. De LHC is voorlopig de krachtigste versneller, maar er staan al nog zwaardere en krachtiger machines op de tekentafel zoals de ILC (International Linear Collider) die ergens tussen 2015 en 2020 in gebruik moet komen.

[bewerken] Gebruik

Met de LHC worden protonen versneld tot 99,999999%^[3] van de lichtsnelheid, waarna een botsing volgt. Uit die botsing proberen wetenschappers allerlei informatie te halen door middel van verschillende soorten detectors die om de buis aangebracht zijn. Aanvankelijk zullen protonen worden versneld en tegen elkaar in op elkaar gebotst worden, vanuit beide richtingen met een energie van 7 TeV (tera-elektronvolt), samen dus 14 TeV. Later hoopt men ook zwaardere deeltjes zoals loodkernen te kunnen laten botsen, met energieën van meer dan 2 PeV. Het belangrijkste deeltje dat men zoekt is het Higgs-deeltje. Dit boson moet de verklaring geven voor de massa van deeltjes en het fundament van het standaardmodel van de deeltjesfysica vormen. Het standaardmodel voorspelt dat er bij de energieën die de LHC kan bereiken een mechanisme moet bestaan dat ervoor zorgt dat de energie van bepaalde deeltjes niet naar oneindig zal gaan. Het standaardmodel zelf heeft hiervoor het Higgs-mechanisme. De LHC zal moeten uitmaken of dit daadwerkelijk het mechanisme is of dat andere theorieën hun gelijk gaan krijgen.

Wat verdere gevolgen zijn van de LHC, kan moeilijk gezegd worden. Alleen dat het de voltooiing van het standaardmodel grote mogelijkheden biedt en ook tot verdere (nu nog onverwachte) ontdekkingen. Misschien kunnen er zelfs kleine, zeer snel verdampende zwarte gaten mee gemaakt worden. Dan zouden verschillende andere kosmologische theorieën getest kunnen worden zoals diverse varianten van de snaartheorie.

[bewerken] Bouw

Honderd meter onder de grond worden de supergeleidende magneten voor de Large Hadron Collider geïnstalleerd.

De LHC 'grote hadronen-botser' is de opvolger van de Large Electron-Positron Collider (LEP) en wordt geconstrueerd in de reeds bestaande tunnel waarin de LEP eerst stond, met een omtrek van 27 km. De bouw heeft ongeveer 8 jaar geduurd en kostte 6 miljard euro. Nederland is een van de lidstaten van het CERN en doet ook mee aan het project. Het verzorgt 4,5%, oftewel 27,8 miljoen euro, van het jaarlijkse inkomen van CERN. Voor de detectie van de deeltjes die ontstaan en vervolgens vervallen bij de zeer energierijke botsingen van de versnelde protonen worden vijf grote detectoren gebouwd, twee voor algemene doeleinden (ATLAS en CMS) en drie voor meer specifieke experimenten.

De technologische eisen aan de nauwkeurigheid en de veiligheid van de apparatuur tijdens de experimenten zijn zeer hoog: de supergeleidende magneten bevatten als ze in werking zijn een grote hoeveelheid energie (10 Gigajoule bij een magneetveld van 6,33 Tesla), evenals de bundel van de versnelde deeltjes (725 Megajoule) - een enkel versneld proton zou een kinetische energie hebben vergelijkbaar met die van een vliegende mug, wat voor een sub-atomair deeltje haast onvoorstelbaar is. De energie die vrijkomt bij het verlies van een tienmiljoenste van de energie van de bundel is voldoende om een magneet uit het supergeleidende temperatuurtraject te tillen waardoor de in de magneet opgeslagen energie explosief zou worden omgezet in warmte. De kolossale, tonnenzware magneten worden dan ook met een precisie van om en nabij een millimeter geplaatst.

[bewerken] Testfase en ingebruikname

In de loop van 2008 werden er meerdere en uitgebreide testen gedaan en ondertussen werd het systeem geleidelijk afgekoeld naar 1,9 K (−271,4 °C). Uiteindelijk werd de LHC op 10 september 2008 voor het eerst in gebruik genomen met een protonstraal die de gehele ring rondging^[2]. Normaal gezien zouden in oktober de eerste proeven met botsingen van deeltjes worden gestart. Eind september echter, ontstond er door een ondeugdelijke elektrische verbinding tussen 2 magneten een storing, waarbij een elektrische vlamboog ontstond die een heliumleiding doorboorde. Hierbij gingen duizenden liters vloeibaar helium verloren. Om reparaties uit te kunnen voeren en de defecte magneten te kunnen vervangen, moeten alle magneten langzaam worden opgewarmd, en daarna, om de machine weer in gebruik te kunnen nemen, langzaam worden afgekoeld. Om niet te zeer achter te raken op schema, overweegt men de testfase bij 5 TeV over te slaan, en begin 2009 direct op 7 TeV te gaan draaien.^[4] Dan volgt een fase van nauwkeurige calibratie van de detectors en onderlinge synchronisatie en fijnafregeling van de LHC en subsystemen waarna, begin 2009, als alles succesvol verloopt, de eerste 'echte' experimenten beginnen. Eerste nieuwe gegevens hiervan worden eind 2009 verwacht. De Large Hadron Collider zal rond 2010 optimaal functioneren^[2]. Via een zeer snel netwerk worden de peta bits aan data die de detectors dan iedere dag genereren gedistribueerd naar de diverse researchgroepen verspreid over de wereld. De verwachte operatietijd van de LHC wordt geschat op 20 jaar maar er zullen in die tijd ook periodieke 'upgrades' plaatsvinden.

[bewerken] Controverse

Een lichte controverse deed zich voor toen beweerd werd dat het - in theorie - mogelijk is dat de enorme energieën van de LHC subatomaire zwarte gaten, en ook wel "vreemde materie" zou kunnen scheppen, die theoretisch grote schade zouden kunnen aanrichten. ^[5]

De risico's van deze niet eerder gedane experimenten zijn echter door meerdere partijen onderzocht, waaronder door een groep van onafhankelijke wetenschappers^[6] en een onderzoek in opdracht van CERN zelf^[7][8]. Men heeft geconcludeerd dat de kans op feitelijke incidenten van dit soort als verwaarloosbaar beschouwd kan worden en dat de botsingen van de deeltjes geen aannemelijk gevaar opleveren.

Elk doemscenario in de LHC is uitgesloten omdat de natuurkundige voorwaarden en gebeurtenissen die in de LHC worden geschapen ook op natuurlijke wijze voorkomen in het universum, en dan meestal met astronomisch grote energie onbereikbaar voor elk menselijk instrument, zonder gevaarlijke gevolgen. Zo heeft de kosmische straling, die meestal een grotere energie heeft dan met de LHC kan worden opgewekt, die dagelijks de buitenste lagen van de atmosfeer treft in het hele bestaan van de aarde nog niet tot een ramp geleid.^[7]

[bewerken] Externe link

• De website van de LHC

Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Large Hadron Collider op Wikimedia Commons.