In 2008 hebben fysici buiten Genève, Zwitserland, de Large Hadron Collider (LHC) ingeschakeld, 's werelds grootste deeltjesversneller en duurste wetenschappelijk experiment ooit bedacht. Voor velen waren de kosten en het wachten waard. In 2012 detecteerde de massieve machine het Higgs Boson, waarmee het laatste grote stuk van het standaardmodel van de fysica werd geverifieerd. Maar onderzoekers weten dat het standaardmodel niet compleet is, omdat het zaken als zwaartekracht en donkere materie negeert. Daarom begon de bouw op vrijdag aan een belangrijke upgrade van de LHC, meldt Ian Sample bij The Guardian, en wanneer het in 2026 voltooid is, kan de krachtigere versneller het standaardmodel gewoon in stukken blazen, of op zijn minst een paar toevoegen rimpels aan de theorie.
Deeltjesfysica is een van de ingewikkelder wetenschappen die er zijn. De meeste mensen met een semester van chemie onder hun riem begrijpen dat atomen zijn opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen. Maar er is nog veel meer - protonen en neutronen bestaan uit quarks die bijeen worden gehouden door gluonen, een van de verschillende soorten boson. Andere elementaire deeltjes - die volgens onderzoekers niet verder kunnen worden verdeeld - omvatten zes smaken van leptons en de Higgs, bekend als een scalair boson. Dan zijn er tientallen deeltjes die zijn samengesteld uit die elementaire deeltjes, inclusief hadronen, die zijn opgebouwd uit quarks en gluonen en mesonen, gemaakt van een quark en anti-quark.
Hoewel de wetenschap achter de deeltjes moeilijk is, is het eenvoudig om te begrijpen hoe wetenschappers nieuwe deeltjes vinden of het bestaan van theoretische deeltjes bevestigen - ze breken ze samen en bekijken de stukjes. Dat is in wezen hoe de LHC werkt, meldt de BBC - onderzoekers schieten twee stralen deeltjes op elkaar rond een bijna 17-mijl lange ring met bijna de snelheid van het licht. Die stralen, geleid door krachtige magneten, worden vervolgens gekruist, waardoor de deeltjes in elkaar slaan en in elementaire stukken breken die een fractie van een seconde duren. Zeer gevoelige detectoren vangen die snelle flitsen op van wat ons universum vormt.
De BBC meldt dat de nieuwe upgrade de LHC met hoge helderheid zal worden genoemd en de intensiteit van die deeltjesstralen zal verhogen, waardoor het aantal botsingen met een factor vijf of 10 wordt verhoogd. Dat meldt CERN, het bureau dat de LHC, ze voegen 130 nieuwe krachtige magneten toe die de deeltjesbundel preciezer regelen, waardoor het waarschijnlijker is dat deeltjes tegen elkaar inslaan. Ze verplaatsen ook enkele magneten en voegen supergeleidende kabels toe om de efficiëntie van de LHC te verbeteren. Dat alles zal resulteren in vijf tot tien keer meer botsingen, wat betekent dat volumes meer gegevens om te bestuderen, en dat heeft onderzoekers enthousiast. "De LHC met hoge helderheid is waar we de meeste van onze gegevens verzamelen, en in die zin is het de fase van onze verkenning waarmee we het meest over het universum te weten komen", Tara Shears van Liverpool University, die werkt aan de botser, vertelt Sample. "Als de LHC tot nu toe ons een kaars heeft gegeven om te verlichten wat eerder ongezien was, zal de LHC met hoge helderheid ons een zoeklicht laten schijnen."
Ryan F. Mandelbaum bij Gizmodo meldt dat de machtsvergroting nodig is. Onderzoekers hoopten dat ze na het detecteren van het Higgs Boson in 2012 ook andere deeltjes zouden ontdekken die onze kennis van de kwantumwereld zouden kunnen vullen. Maar die vondsten zijn ongrijpbaar. Onderzoekers hebben "riffen" van nieuwe deeltjes gevonden die onze huidige modellen zouden kunnen verstoren, maar een robuustere botser zou helpen meer solide detecties te maken. Mandelbaum zegt ook dat het nieuwe deeltjes zou kunnen vinden die helpen bij het verklaren van donkere materie, het bestaan van nieuwe dimensies bewijzen en andere diepe mysteries in de fysica verkennen.
"Als de afwijkingen die we op dit moment in de LHC zien zich in de komende jaren manifesteren, wat ze misschien wel zullen doen, zullen we kijken naar de hoge helderheid-LHC de fysica die ten grondslag ligt aan die ontdekkingen, " Val Gibson, een professor in de natuurkunde in Cambridge die aan de botser werkt, vertelt Sample. “Dat zou het standaardmodel op zijn kop zetten. Het zou helemaal baanbrekend zijn. '
Mandelbaum meldt dat de power boost ook nodig is om een betere grip op de Higgs te krijgen. Hoewel het is ontdekt, hebben onderzoekers niet genoeg van het deeltje gezien om het diepgaand te bestuderen. Met de huidige snelheid zou de LHC honderd jaar of langer nodig hebben om alle gegevens over het Higgs-boson te verzamelen. Met de upgrade duurt het ongeveer tien. “De LHC is nu een spel met getallen: we hebben zoveel mogelijk gegevens nodig. Om het Higgs-boson te bestuderen na zijn ontdekking in 2012, maar ook omdat het inmiddels vrij duidelijk is dat andere nieuwe deeltjes zeldzaam kunnen zijn, ”vertelt natuurkundige Freya Blekman van de Vrije Universiteit Brussel in België. "We hebben dus heel veel gegevens nodig."
Het upgraden van de machine betekent dat deze vanaf 2019 twee jaar offline zal zijn, en opnieuw tussen 2024 en 2026. De volledige upgrade zal naar verwachting ongeveer $ 955 miljoen kosten. Maar als geschiedenis een les is, kan het langer duren en meer kosten dan verwacht. De LHC wordt geplaagd door kostenoverschrijdingen en technische problemen, waaronder een paar suïcidale wezels en een stokbrood-munching duif die elk de machine enkele weken offline brachten.
