10 000 wetenschappers, meer dan drie miljard euro, en een paar flesjes helium: meer heeft de mensheid niet nodig om de geheimen van het universum te ontrafelen. En met dat ontrafelen zijn de onderzoekers van het CERN afgelopen vrijdag weer begonnen. Na een korte winterslaap is de Large Hadron Collider, een 27 km lange ring gebouwd onder de Frans-Zwitserse grens, weer volledig operationeel. Het is de grootste deeltjesversneller ter wereld, en hij wordt gebruikt om hadronen –deeltjes die bestaan uit quarks, waaronder de protonen- aan een zeer hoge snelheid tegen elkaar te laten botsen. Klinken die knallende quarks niet meteen als iets waar je helemaal warm van wordt? Geen probleem, de elektromagneten van de Large Hadron Collider (LHC) moeten hoe dan ook tot een temperatuur van –271,3°C gekoeld worden.

Zo dicht bij de koudste temperatuur mogelijk (-273,15°C, kouder kunnen de dingen niet worden) worden de elektromagneten van de LHC supergeleidend, wat wil zeggen dat ze stroom kunnen geleiden zonder dat er weerstand of energieverlies bij komt kijken. Zo kunnen enorm sterke elektrische stromen door de elektromagneten vloeien zonder dat de materialen het begeven; die sterke stromen zorgen dan weer voor enorm sterke magnetische velden. En die sterke magnetische velden zijn op hun beurt nodig om de protonen (die kleiner zijn dan 0.000000000000001 meter!), netjes in de LHC ring te houden.

Applaus in de LHC controlekamer wanneer de eerste deeltjes door de ring reizen (afbeelding: Maximillien Brice/CERN)

 

In 2008 ging het spectaculair mis met die supergeleidende magneten. Een paar dagen nadat er voor de allereerste keer protonen de ring door zoefden, knalden niet de quarks maar wel de magneten: door een kortsluiting kwam in een razendsnel tempo zes ton koelvloeistof vrij, wat zorgde voor een stevige explosie in de LHC ring. Het is natuurlijk niet verbazend dat er bij ingewikkelde experimenten als het LHC vanalles mis kan gaan, en ook afgelopen vrijdag zal er waarschijnlijk flink wat adem ingehouden zijn in de verschillende LHC-controlekamers. Maar voorlopig ziet het ernaar uit dat de vernieuwde en krachtigere deeltjesversneller de protonen in goede banen zal leiden.

 

De protonen worden uiteindelijk op elkaar gericht en botsen met hoge snelheid tegen elkaar. Het resultaat van die botsing is niet gewoon een proton dat in duizend kleine stukjes proton uiteenspat -daarvoor hoeft de mensheid geen ring van drie miljard te bouwen. Bij de botsingen ontstaan allerlei nieuwe, exotische deeltjes, die meestal een zeer kort leven leiden en soms moeilijk in een detector te vangen zijn. Maar deze deeltjes zijn de experimentele bewijzen (of net niet) van de meest fundamentele theorieën over ons universum en de materie waaruit we allemaal zijn opgebouwd. Zo werd dankzij de Large Hadron Collider het bestaan van het Higgs boson bewezen, een deeltje dat eerder werd voorspeld door de Belgen Robert Brout en François Englert (en Englert kreeg er onlangs, in 2013, een Nobelprijs voor). Wie weet wat de enthousiaste CERN-fysici nu weer tussen de knallende quarks zullen vinden.