Oorspronkelijk gepubliceerd op 23/10/2023 – 9:51 door Dries Blontrock
Dit artikel werdt oorpronkelijk gepubliceerd op de oude Schamper site. Toen deze uit gebruik werd genomen, werden alle artikels overgezet.
De boeiendste zaken in de fysica zijn meestal ofwel gigantisch groot, ofwel gigantisch klein. De meeste mensen begrijpen hoe de wetenschappers de eerste categorie bestuderen. Planeten, sterren en hele melkwegstelsels kunnen ze door de lens van telescopen bekijken, die als een soort enorme verrekijkers in de ruimte hangen. Maar hoe ontleden wetenschappers de allerkleinste elementen waaruit alles op aarde is opgebouwd? Een microscoop helpt je maar zover, en op een bepaald moment moet je met zwaar geschut komen aanzetten: de deeltjesversneller.
Rijstkorrel
Een deeltjesversneller doet wat hij belooft. Het is een instrument dat deeltjes versnelt. De deeltjes in kwestie bevinden zich op het subatomaire niveau, en zijn dus kleiner dan atomen. Dat zijn die dingen die netjes opgelijst staan in de tabel van Mendelejev, en bestaan uit een kern waar elektronen rondzweven. In de kern vind je neutronen en protonen terug. Die laatste twee bestaan op hun beurt uit quarks, die samenklitten tot hadronen. Quarks zijn de kleinste fysische deeltjes die wetenschappers al hebben kunnen waarnemen. Hoe klein precies? “Mocht een atoom even groot zijn als de aarde, dan is het vinden van een quark in een atoom even moeilijk als iets vinden in het volume van de aarde dat kleiner is dan een rijstkorrel”, zo legde professor Jorgen D’hondt het uit in zijn optreden bij de Universiteit van Vlaanderen.
Met weerstand brandt een kabel die onder 11.800 ampère staat gewoonweg op
Om die kleine deeltjes te bestuderen, moeten wetenschappers ze eerst kunnen zien. Met microscopen lukt het niet, dus moeten ze creatief zijn. Dat is waar de ‘versneller’ in het spel komt. De bekendste versie ervan is wellicht de Large Hadron Collider (LHC) van de Europese onderzoeksorganisatie CERN. Er bestaan versnellers in alle maten en gewichten, maar in dit artikel beperken we ons tot de iconische LHC. Het is de grootste deeltjesversneller ter wereld. De ringvormige tunnel heeft een omtrek van 26,7 kilometer. Ter vergelijking: de Gentse kleine ring R40 is 11,5 kilometer lang. De Zwitserse joekel bevindt zich bovendien op ongeveer honderd meter diepte.
Higssbowadde?
Via een netwerk van andere, kleinere ringen komen deeltjes in de LHC terecht. Die deeltjes, doorgaans protonen of elektronen, krijgen dan bij elke ronde in de ring meer elektrische spanning mee, waardoor ze steeds sneller gaan ronddraaien. Daar is een paar miljoen volt voor nodig. Een gewoon stopcontact moet het doen met 230 volt. Om zo een snel deeltje cirkels te laten draaien, is ook een reusachtige magnetische kracht nodig. Via supergeleidende magneten die onder 11.800 ampère staan, creëren wetenschappers in het CERN een magnetisch veld dat de deeltjes op koers houdt. Een stopcontact staat dan weer onder 16 ampère. Die supergeleiders werken alleen behoorlijk aan een temperatuur van ongeveer 271 graden Celsius onder nul. Alleen dan valt de weerstand tegen elektriciteit weg. Met weerstand brandt een kabel die onder zoveel stroom staat gewoonweg op.
Als de deeltjes voldoende snelheid hebben, laten de onderzoekers hen tegen elkaar botsen. Die botsing vindt plaats in een detector, die alle rondvliegende brokstukken registreert. Die brokstukken zijn dan quarks, leptonen en bosonen. Zo puzzelen wetenschappers stap voor stap bijeen hoe de kleinste deeltjes in het universum functioneren. Een belangrijke stap daarin kwam er in 2012, toen in de LHC het higgsboson gevonden werd. Dat deeltje was nodig om het standaardmodel van de deeltjesfysica te laten kloppen. Het higgsboson geeft alle andere deeltjes massa, waardoor ze niet gewichtloos aan lichtsnelheid door het universum bewegen.