Theorie en praktijk moeten er samensmelten en alle vragen beantwoorden. Maar de deeltjesversnellers blijven vraagtekens produceren.

Enorme ondergrondse bouwwerken zijn het: de Large Hadron Collider van CERN en de Tevatron-versneller van Fermi National Accelerator Laboratory. Wat daar onder de grond gebeurt, gaat velen boven de pet en dat werkt angstige verhalen in de hand. Doemscenario’s waarin de deeltjesversnellers een hongerig zwart gat zouden creëren dat de hele aarde naar binnen werkt, doen zich nog steeds de ronde. Ook de angst dat hier gewerkt wordt aan het door velen geprofeteerde einde van de wereld zit er bij sommigen goed in. En het moet worden toegegeven: wat hier gebeurt, is wat ongrijpbaar. Maar niet onbegrijpelijk.

In een notendop
In de deeltjesversnellers worden – zoals de naam al doet vermoeden – deeltjes versneld. Verschillende deeltjes worden met snelheden die de snelheid van het licht aardig naderen door leidingen gejaagd. Zodra ze 99,9 procent van de snelheid van het licht bereikt hebben, worden ze in botsing gebracht. Dat levert reacties en nieuwe deeltjes op. En die deeltjes moeten onderzoekers een beter beeld geven van de vorming van het heelal.

Ontcijferen

Deeltjesversnellers zoals de Large Hadron Collider leven ontzettend veel informatie op. Al die informatie kan niet verwerkt worden door de wetenschappers van CERN. Daarom hebben ze de hulp ingeroepen van collega´s over de hele wereld. Via computers kunnen wereldwijd duizenden wetenschappers zich over de onderzoeksgegevens buigen en proberen om een antwoord te vinden op de grote wetenschappelijke vraagstukken.

Na de Big Bang
Want wat de onderzoekers met het versnellen van de deeltjes eigenlijk doen, is het nabootsen van de omstandigheden kort na de Big Bang. Vlak voordat de oerknal plaatsvond, was het universum heel warm en klein. Er was wel een soort van materie, maar dat bestond uit vrije quarks: deeltjes die kleiner zijn dan atomen. Na de oerknal kregen die deeltjes meer ruimte en koelde het universum af. Het was op dat moment dat materie zoals wij dat nu kennen, ontstond. Maar hoe dat precies gebeurde? Dat is een raadsel. Het is één van de vele vragen die samen de fundering van de deeltjesversnellers vormen. Door bepaalde deeltjes in de versneller met elkaar in botsing te brengen, ontstaat een enorme hitte die er ook kort na de oerknal was en we kunnen in de deeltjesversneller zien wat dat met de deeltjes doet. Wat de onderzoekers eigenlijk doen, is terugkijken in de tijd. Ze spelen de historie als het ware opnieuw af, in een poging er een beter beeld van te krijgen.

De Tevatron-versneller

Higgs
Zo moeten uiteindelijk alle puzzelstukjes – zowel in de praktijk als in theorie – in elkaar vallen. Een prachtig voorbeeld van praktijk en theorie die nog met elkaar vereenzelvigd moeten worden, is het Higgs-deeltje. Kort na de oerknal had geen enkel deeltje massa. Maar toen het universum afkoelde, ontstond een onzichtbaar krachtveld: het Higgs-veld. Dit veld bevindt zich in de kosmos en alle deeltjes die ermee in aanraking komen, krijgen via het Higgs-deeltje massa. Hoe vaker er contact is tussen deeltjes en het veld, hoe zwaarder ze worden. Hoewel wetenschappers ervan overtuigd zijn dat het Higgs-deeltje bestaat, is het nog nooit waargenomen. Wetenschappers hebben overal gezocht en de laatste mogelijkheid is nu dat het zich ophoudt in een domein dat enkel door de deeltjesversnellers bloot te leggen is. Als het deeltje gevonden wordt en zich gedraagt zoals verwacht, bevestigt dat de theorie. Maar als het er niet is of anders werkt, moet een heel nieuwe theorie ontwikkeld worden.

Meer vragen
En het blijft niet bij de oerknal en Higgs. Er zijn nog veel meer wetenschappelijke theorieën die op losse schroeven staan en vroeg of laat door de deeltjesversneller bevestigd of ontkracht moeten worden. Een kleine greep uit de kwesties die de deeltjesversnellers voor de kiezen krijgen. Waarom dijt het heelal steeds sneller uit? Waarom is er meer materie dan antimaterie in het heelal? Kan de Large Hadron Collider donkere materie maken? En zijn er misschien nog meer dimensies dan de vier die we al kennen? En dan zijn er ook de vragen nog die de Large Hadron Collider op zoek naar antwoorden tegenkomt. “Het is alsof de natuur ons gewoon uitlacht,” zo stelde onderzoeker Pierre van Mechelen vorig jaar in een interview met Scientias.nl. “De puzzelstukken liggen voor ons, maar we geraken er maar niet wijs uit.” De verwachtingen omtrent de deeltjesversnellers zijn dan ook hooggespannen. “De LHC kan ons helpen meer inzicht te krijgen.”

De Large Hadron Collider

Geen resultaten
“Ik vergelijk de LHC wel eens met een berg,” zo stelde onderzoeker John Ellis vlak voor de opening van de LHC. “De LHC is een vrij grote berg. We weten dat we zodra we op de top zijn een prachtig uitzicht hebben. We weten niet wat we gaan zien, maar we weten dat het fantastisch zal zijn.” Tegelijkertijd lijkt het uitzicht nog ver weg. Tevatron in Amerika draait al sinds 1983 en sluit binnenkort de deuren. De Large Hadron Collider – die sinds vorig jaar echt actief is – neemt het stokje over. Beide deeltjesversnellers hebben al heel wat records gebroken en ook al kleine ontdekkingen gedaan. Maar antwoord op de grote vragen blijft uit. Wetenschappers benadrukken dat dat logisch is: het kost tijd om experimenten te analyseren en vervolgens nog vele malen te herhalen om er zeker van te zijn dat de conclusies kloppen.

Gaat het lukken?
Het moge duidelijk zijn dat de deeltjesversnellers voor een lastige opdracht staan. Maar is het mogelijk dat de Large Hadron Collider zijn hachelijke missie daadwerkelijk gaat volbrengen en theorie en praktijk samenbrengt of indien nodig een hele nieuwe theorie schept? Optimisme lijkt op zijn plaats. Vorige week nog werd duidelijk dat zowel Tevatron als de LHC mogelijk op sporen van een Higgs-deeltje zijn gestuit. En de LHC blijft zijn grenzen verleggen: onlangs nog haalde de deeltjesversneller de 100 miljoen botsingen per seconde. Het is de opzienbarende opmaat voor grootse ontdekkingen die eigenlijk niet lang meer uit kunnen blijven. De jacht op antwoorden is geopend. En ongeacht of die antwoorden overeenkomen met de hypothesen: vroeg of laat grijpt de LHC ze bij de lurven en kunnen wetenschappers zich verheugen in hun gelijk of het hoofd breken over nieuwe theorieën. Sommige wetenschappers verlangen stiekem naar het tweede. “Veel theoretici zouden een mislukking (het niet vinden van het Higgs-deeltje bijvoorbeeld, red.) interessanter vinden dan wanneer we weer een saai, oud deeltje vinden dat theoretici 45 jaar geleden al ontdekt hadden,” stelt Ellis.

Spannend of saai: de LHC blijft zoeken naar antwoorden. Antwoorden die alleen gevonden worden als het heelal werkelijk zo netjes georganiseerd is als de wetenschappelijke wereld denkt. En laten we hopen dat die antwoorden gevonden worden. Want zonder antwoorden wordt het steeds aannemelijker dat de wetten die we uitgedokterd hebben niet gelden in dat enorme universum van ons. En dat moeilijk te begrijpen universum lijkt helemaal niet te behappen als het zich niet aan de ons bekende wetten onderwerpt…