De Large Hadron Collider (LHC) bij CERN in Genève gaat deze week op slot voor een ingrijpende verbouwing van 1,3 miljard euro. De deeltjesversneller wordt de komende vier jaar omgebouwd tot een krachtigere versie, de HL-LHC. Wetenschappers hopen daarmee na 2030 dichter bij de ontrafeling van donkere materie te komen, een van de grootste mysteries van het heelal.
Donkere materie: het onzichtbare raadsel dat 95 procent van het heelal vult
Donkere materie en donkere energie maken samen ongeveer 95 procent van het heelal uit, maar zijn nog nooit direct waargenomen. Met de verbouwde High-Luminosity LHC zal het aantal deeltjesbotsingen tien keer zo hoog liggen als voorheen. Meer botsingen betekenen meer meetgegevens en daarmee een grotere kans op nieuwe ontdekkingen.
Projectleider Markus Zerlauth legt uit waar de hoop op is gevestigd: nieuwe deeltjes achter donkere materie zouden veel zwaarder kunnen zijn dan bekende deeltjes. Meer energie en meer botsingen zijn nodig om ze zichtbaar te maken. De vernieuwde versneller staat gepland om in juni 2030 opnieuw van start te gaan.
Twee kilometer tunnel volledig vernieuwd met krachtigere magneten
De werkzaamheden betreffen een twee kilometer lang gedeelte van de in totaal 27 kilometer lange tunnel, die honderd meter onder de grond ligt. Dat gedeelte wordt volledig vernieuwd met krachtigere magneten en betere detectoren die de vervalsprocessen na botsingen vastleggen.
CERN-natuurkundige Nedaa-Alexandra Asbah vergelijkt de nieuwe detectoren met fotografiecamera's: het is alsof je de camera in het hart van de detector vervangt door een exemplaar met veel fijnere pixels.
De technologie vindt ook buiten de natuurkunde toepassing. Het nieuwe supergeleidende materiaal dat voor de magneten wordt ontwikkeld, kan onder meer worden gebruikt in MRI-scanners in ziekenhuizen, waardoor de buizen waarin patiënten worden onderzocht breder kunnen worden.
Richtinggevend voor de toekomst van deeltjesfysica
De totale kosten komen uit op 1,3 miljard euro, 16 procent meer dan het oorspronkelijk in 2016 begrote bedrag. De LHC heeft sinds 2010 met enkele onderbrekingen gegevens geleverd voor baanbrekende ontdekkingen, waaronder het Higgs-boson in 2012 — een cruciaal puzzelstuk in de deeltjesfysica.
Projectleider Zerlauth noemt de upgrade richtinggevend voor toekomstige projecten. Na de ombouw worden ook de experimenten ATLAS en CMS ingrijpend vernieuwd: een groot deel van de elektronica en detectoren wordt vervangen om de sterk toegenomen hoeveelheid botsingen te kunnen verwerken.
Donkere materie (@ESA/Hubble 2015 - https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Collage of six cluster collisions with dark matter maps. The clusters were observed in a study of how dark matter in clusters of galaxies behaves when the clusters collide.
https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter
Source: Fok frontpage