#deeltjesversneller

China bouwt nieuwe deeltjesversneller die Large Hadron Collider van CERN zal vervagen om ‘Goddeeltje’ te vinden

China wil een 100-km proton-proton circulaire elektron-positron-botsing van de volgende generatie deeltjesversneller die de Europese CERN zal doen vervagen. De gigantische ondergrondse deeltjesversneller is ontworpen om protonen met bijna lichte snelheid af te vuren en ze samen te breken om de tijdelijke Higgs-bosonen deeltje te produceren voor intensieve studie.

Het Higgs-deeltje, ook wel…

De ondergrondse deeltjesbotser LHC, waarmee in 2012 het langgezochte higgsdeeltje werd aangetoond, heeft mogelijk een nieuw deeltje ontdekt dat de sleutel zou kunnen zijn tot andere dimensies.

De twee detectoren van de deeltjesversneller, Atlas en CMS, zien bij een energie van 700 GeV (gigaelektronvolt) meer fotonparen dan verwacht. Al enkele weken doen op en rond CERN geruchten de ronde dat de fotonparen ontstaan als een nog onbekend zwaar deeltje uit elkaar valt. Het zou kunnen gaan om een zwaarder familielid van het higgsdeeltje.

Het higgsdeeltje verklaart hoe deeltjes aan hun massa komen. Bij de ontdekking werd al gespeculeerd over eventuele zwaardere higgsdeeltjes.

Graviton

Een higgsdeeltje is niet de enige mogelijkheid die wordt genoemd. Sommige theoretici speculeren dat er een verband is met de zoektocht naar donkere materie. Het signaal zou een stap kunnen zijn in de richting van nieuwe fysica.

Anderen denken dat het signaal wijst op het bestaan van het graviton, een hypothetisch deeltje dat de zwaartekracht overbrengt in kwantumzwaartekrachtsystemen. Volgens sommige wetenschappers maakt dit deeltje verschillende dimensies mogelijk in het universum.

Nieuw gouden tijdperk

Kortom, beide detectoren van de LHC zien bij 700 GeV iets geks, maar vooralsnog weet niemand wat het gevonden signaal precies is. Na de traditionele winterstop gaan de experimenten weer verder.

Een woordvoerder liet weten dat er vooralsnog geen tekenen zijn gevonden van minuscule zwarte gaten, die inzicht moeten geven in andere dimensies, of andere exotische verschijnselen. Hij kon de gemelde sporen van nieuwe deeltjes niet bevestigen. Uitgesloten zijn de deeltjes daarmee overigens ook niet.

De huidige grootste deeltjesversneller ter wereld is de Large Hadron Collider (LHC) van het Europese onderzoeksinstituut CERN bij Genève en die meet 27 km in omtrek. In China hebben ze onder leiding van Nima Arkani-Hamed plannen voor een opvolger van 100 km omtrek. Groter, groter, groter, dat is het idee. Bij de Gordon and Betty Moore Foundation dachten ze precies het omgekeerde: waarom niet kleiner, kleiner en kleiner. Daarom gaven ze onlangs $ 13,5 miljoen aan de Stanford Universiteit om een deeltjesversneller te bouwen die zo groot is als… een schoenendoos – en dat allemaal gebaseerd op de technologie die ‘versneller op een chip‘ heet. Bij die techniek worden elektronen door middel van laserlicht versneld in een serie kunstig gemaakte chips. Het idee hierachter was: de microchips worden steeds kleiner, kunnen we dat ook niet voor deeltjesversnellers voor elkaar krijgen? ‘Kunnen we voor de versneller niet doen wat de microchip-industrie deed voor de computers:’, aldus SLAC natuurkundige Joel Englan. Aldus kwam het idee op gang om deeltjesversnellers te gaan miniaturiseren, te verkleinen tot modellen die op je tafel passen. En aldus geschiedde en begon men met het zogeheten ‘accelerator-on-a-chip project’, dat bedoeld is om zo’n miniatuur-deeltjesversneller voor elkaar te krijgen. Stand van zaken op dit moment is dat men in staat is de 3,2 km lange SLAC deeltjesversneller terug te brengen tot een formaat van 100 meter. Nog niet echt een tafelmodel, maar er is vooruitgang. Wordt vervolgd. Bron: Symmetry Magazine.

Wetenschappers gaan volgende week met de Large Hadron Collider, die tegen die tijd op volle toeren draait, op zoek naar het multiversum. Ze proberen de speciale relativiteitstheorie te verenigen met de kwantummechanica.

Kwantumverstrengeling maakt het mogelijk dat informatie direct kan worden uitgewisseld tussen twee punten die lichtjaren van elkaar zijn verwijderd en dat strookt niet met de relativiteitstheorie. Hoewel de theorie van Einstein uitgaat van vierdimensionale ruimtetijd, is het idee van een aantal moderne theorieën dat verschillende delen van het lichtspectrum de zwaartekracht anders ervaren.

Met de deeltjesversneller gaan CERN-wetenschappers kijken of en zo ja hoe zwaartekracht en licht weglekken naar andere dimensies. De experimenten, waarbij de volledige botsingsenergie wordt benut, zijn volgens de onderzoekers een natuurkundige gamechanger. Als het experiment succesvol verloopt zal er een compleet nieuw universum worden ontdekt.

Hogere dimensies

Natuurkundige Mir Faizal stelt dat de experimenten meer inzicht gaan verschaffen in parallelle universa in hogere dimensies. Hij hoopt minuscule zwarte gaten te gaan detecteren, die wijzen op het bestaan van parallelle universa.

“We voorspellen dat zwaartekracht weglekt naar andere dimensies. Als dat zo is, kunnen we minuscule zwarte gaten opwekken met de LHC,” zei Faizal. De LHC heeft tot nu toe steeds naar zwarte gaten gezocht door protonen op elkaar te laten botsen bij 5,3 TeV (biljoen elektronvolt), terwijl het model van Faizal voorspelt dat ze zich vormen bij 9,5 tot 11,9 TeV.

Donkere materie

De Large Hadron Collider ligt in een 26,6 kilometer lange tunnel op de grens tussen Zwitserland en Frankrijk. De bouw ervan heeft ongeveer 5 miljard euro gekost. In de tunnel worden protonen versneld tot bijna de snelheid van het licht en vervolgens met elkaar in botsing gebracht.

Als we over deeltjesversnellers spreken denken we meestal aan de gigantische machines zoals de Large Hadron Collider bij Genève of Fermilab’s Tevatron bij Chigago (de laatste sloot weliswaar in 2011 z’n deuren). Weinig mensen zullen denk ik weten dat ook het Louvre in Parijs een echte deeltjesversneller heeft. In een kelder 15 meter onder de wereldberoemde glazen piramide bevindt zich de Accélérateur Grand Louvre d’analyse élémentaire, oftewel de AGLAE. Met deze versneller worden protonen tot 4 MeV en alfadeeltjes (heliumkernen) tot 6 MeV versneld. Niet om daarmee Higgs bosonen te ontdekken of de raadselen van de quark-gluonsoep tijdens de oerknal te bestuderen. Nee, deze kleine deeltjesversneller staat geheel in dienst van het culturele erfgoed dat in het Louvre wordt bewaard. Met AGLAE kijkt men of kunstschatten authentiek zijn en waaruit ze zijn zijn gebouwd.

De AEGLE deeltjesversneller van het Louvre

Met een LHC zou een kunstschat bijvoorbeeld uit het oude Egypte direct aan gruzelementen worden geschoten, dus het is de kunst van de AGLAE – ha, what’s in a name – om voorwerpen af te tasten met de protonen en alfadeeltjes zonder ze te beschadigen. Zo heeft men met AGLAE kunnen bevestigen dat de schede van een zwaar dat ooit door de Franse regering aan Napoleon Bonaparte was gegeven inderdaad in goud gehuld was, zoals beweerd werd. Eh… wat heeft dit allemaal met sterrenkunde te maken? Tsja, eerlijk gezegd helemaal niets. Maar toch leuk om te weten dat deeltjesversnellers naast fundamenteel onderzoek aan de bouwstenen van het heelal ook gebruikt worden voor geheel andere doelen, zoals in dit geval kunstvoorwerpen onderzoeken (zie ook de afbeelding hieronder, waarin de AGLAE z’n ‘licht’ laat schijnen op een Egyptisch beeldje.

Bron: Symmetry Magazine.

Gaat China de LHC bij Genève naar de kroon steken?

China wil de Large Hadron Collider (LHC) van CERN naar de kroon steken. Als het aan wetenschappers van High Energy Physics (IHEP) in Beijing moet er in 2028 een deeltjesversneller komen met een omtrek van liefst 52 kilometer – de LHC is 27 km groot. Dat is bijna twee keer zo groot als de installatie in Geneve. Het ambitieuze plan van de Chinezen moet drie miljard gaan kosten. Europa en de Verenigde Staten hadden vergelijkbare plannen, maar omdat zij verwachtten niet eerder dan 2035 te kunnen starten, lijkt China nu de plek te worden voor de grootste deeltjesversneller ter wereld. Volgens Nature betekenen de plannen een grote stap voor de Aziatische grootmacht. China had vooralsnog enkel een versneller van nog geen 300 meter in omtrek, maar recente experimenten hebben het land “het vertrouwen gegeven dat het in staat is om een voorstel te doen voor zo’n ambitieuze installatie,” vertelt Ian Chipsey, natuurkundige aan Oxford University. Op dit moment denkt China uit zichzelf de wetenschappelijke kennis en de financiën in huis heeft om op eigen kracht de deeltjesversneller te ontwikkelen, maar internationale samenwerkingspartners zijn welkom. Mocht er uit andere landen genoeg interesse zijn, kan er zelfs overwogen worden een nog grotere deeltjesversnellers van rond de 80 kilometer te bouwen. Bron: Scienceguide.