Na een valse start in 2008 lijkt de Large Hadron Collider, de meest complexe machine die de mens ooit heeft gebouwd, klaar voor het grote werk. Al zijn er theoretische fysici die beweren dat die deeltjesversneller nooit zal vinden waarvoor hij gebouwd is: het Higgsboson verhindert, vanuit de toekomst, zijn eigen ontdekking.

en goed jaar geleden, op 10 september 2008, draaiden subatomaire deeltjes hun eerste rondjes in de nieuwe Large Hadron Collider (LHC). Dat is een gigantische deeltjesversneller in een 27 kilometer lange, cirkelvormige tunnel onder Genève. Jarenlang – de eerste aanzetten dateren al van de jaren tachtig – was daar in de schoot van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) over vergaderd en aan gebouwd.

Een van de belangrijkste objectieven van de LHC is de speurtocht naar het Higgsboson, een subatomair deeltje dat zo stilaan de allures van de heilige graal van de moderne fysica heeft gekregen. Dat heeft te maken met wat het standaardmodel van deeltjes en krachten heet. Dat werkt goed in de praktijk – het slaagt erin nog niet ontdekte deeltjes te voorspellen – maar het verklaart niet waar massa vandaan komt. Een mogelijke oplossing daarvoor is het Higgsmechanisme. Die theorie stipuleert dat alle ruimte gevuld is met het Higgsmedium, een soort van ether. Door contact daarmee verkrijgen deeltjes massa. Minstens één vooralsnog onbekend deeltje is verbonden aan die stelling: het Higgsboson. ‘Dat is niet iets wat we ad hoc toevoegen aan het standaardmodel’, zegt professor Pierre Van Mechelen (UA), een van de duizenden fysici die aan de LHC werken. ‘Higgs past heel mooi in de theorieën die we tot nu hebben, het is een uitbreiding volgens de principes die we al kennen. Algemeen is men er redelijk van overtuigd dat het moet bestaan, en dat we het dus zullen vinden. Het omgekeerde zou een verrassing zijn, en zou een grote schok in de wetenschappelijke wereld veroorzaken.’

Om het bestaan ervan proefondervindelijk aan te tonen zijn kosten noch moeite gespaard. De LHC heeft 3,3 miljard euro gekost, de vier huizenhoge detectoren op de versneller, die bij de experimenten enorme aantallen metingen moeten uitvoeren, nog eens 800 miljoen. Met dat geld zijn onder meer zo’n 9600 grote elektromagneten in de tunnel geplaatst. Die worden met 120 ton vloeibaar helium afgekoeld tot -271,3 graden Celsius, nog geen twee graden boven het absolute nulpunt en ietsje kouder nog dan het heelal. Op die manier worden de elektromagneten supergeleidend en kunnen ze een heel krachtig magnetisch veld opwekken. Dat is nodig om de deeltjesbundels in het gareel te houden, die tjokvol energie en razendsnel – 0,999997828 keer de lichtsnelheid om precies te zijn – meer dan 11.000 rondjes per seconde draaien.

Big bang

Waar het om te doen is, zijn de botsingen van die deeltjesbundels. Daarbij worden omstandigheden verkregen die vergelijkbaar zijn met die van het universum enkele momenten na de big bang. Op dat moment had materie zich nog niet in zijn huidige vorm geschikt. Die prille toestand noemt men het quark-gluonplasma: een hete, dikke soep waarin de elementaire bouwstenen van materie rondzwemmen. Bij de deeltjesbotsingen in het LHC loopt de temperatuur op tot meer dan 100.000 keer die in het centrum van de zon. De quarks bevrijden zich uit het dagdagelijkse harnas van samengestelde deeltjes zoals protonen en neutronen, en de fysici staan met hun detectoren en krachtige computers klaar om nauwgezet te registreren wat er dan gebeurt.

Nog nooit zijn er botsingen met zoveel energie in een lab geobserveerd. Deeltjesversnellers zijn niet nieuw, maar de LHC is vele malen krachtiger dan zijn voorgangers. Tot nog toe was de krachtigste de Tevatron in de Verenigde Staten. Die knalde deeltjesbundels met elk een energie tot 1 TeV (tera-elektronvolt) tegen elkaar, de LHC moet op termijn 7 TeV halen.

Bech Nielsen van het Niels Bohrinstituut in Kopenhagen en Masao Ninomiya van het Yukawa-instituut voor Theoretische Fysica in Kyoto vragen zich echter of het Higgsboson wel gevonden ‘wil’ worden. Al sinds de Brit Peter Higgs het deeltje in de jaren zestig poneerde, mislukken pogingen om het te vinden. Zo schrapte het Amerikaanse Congres in 1993 de subsidies voor een geplande Superconducting Collider, bedoeld om naar het Higgsboson te speuren. In 2000 was men in het CERN dicht bij de ontdekking van het deeltje met de LEP, de minder krachtige versneller die vroeger in de LHC-tunnel stond. Andermaal waren er geen centen meer.

De LHC had ook al moeten draaien in 2006, maar uiteindelijk duurde het tot september 2008 voordat er deeltjesbundels ronddraaiden. En negen dagen later moest het project alweer stilgelegd worden. Een kleine onvoorziene elektrische weerstand tussen twee magneten veroorzaakte een heliumlek, en overdruk in een van de magneten lichtte vervolgens met enorme kracht de magneten over een afstand van 700 meter uit hun hengsels. De herstellingen zorgden opnieuw voor meer dan een jaar vertraging. In tussentijd waren er nog de twee broers die elders in Frankrijk op verdenking van banden met de terroristische groepering Al-Qaeda van de Islamitische Maghreb gearresteerd werden. Een van de twee werkte als fysicus in het CERN-complex. Iets gevaarlijks kon hij daar echter niet uitrichten, zo heette het.

En dan was er nog het stukje stokbrood dat op een elektrisch substation viel en een stroompanne veroorzaakte. Daardoor begonnen de magneten in een van de LHC-sectoren gevaarlijk te oververhitten. De bron van de vermaledijde bete baguette? Een vogel zou het hebben laten vallen.

Sabotage vanuit de toekomst

Toeval? Niet volgens Nielsen en Ninomiya, die al die tegenslag wijten aan ‘omgekeerde chronologische causaliteit’: sabotage vanuit de toekomst. In enkele papers suggereren zij dat het Higgsboson zo ‘weerzinwekkend is voor de natuur’ dat de toekomstige ontdekking ervan ‘rimpelingen’ veroorzaakt in de tijd om de creatie ervan te verhinderen. ‘Je zou kunnen zeggen dat ‘God’ of de natuur het Higgs haat en het tracht te vermijden’, zo legde Nielsen het uit aan het weekblad Time. Dat het Higgsboson eigenlijk ook in de natuur moet voorkomen en dat het wellicht al, zonder calamiteiten, is gecreëerd in de Tevatron (de aanwezigheid van deeltjes aantonen is geen zaak van het één keer ‘zien’, maar van statistische gegevensanalyse van een zeer groot aantal deeltjesbotsingen) ontkracht zijn theorie niet, vindt Nielsen. ‘Het zou kunnen dat ‘God’ Higgsdeeltjes alleen vermijdt als het er erg veel zijn. Als het er maar enkele zijn, laat Hij het misschien zo.’

Professor Van Mechelen tornt niet aan de merites van de twee eminente theoretische fysici. Hun theorie is volgens hem zelfs perfect logisch te volgen, ‘maar hun uitgangspunt is krankzinnig. Ze prutsen aan een van de fundamentele premissen van de fysica, waardoor de wetten die daaruit volgen natuurlijk ook anders worden. Zo komen zij erbij uit dat dingen die in de toekomst gebeuren het heden kunnen beïnvloeden. Er is echter niets wat erop wijst dat hun theorie de werkelijkheid ook beschrijft.’

Malafide stokbroden en terroristen hebben in elk geval niet kunnen verhinderen dat de LHC sinds vorige maand opnieuw werkt. En kort nadien brak de Geneefse versneller met 1,05 TeV al het energierecord van de Tevatron. ‘Binnenkort wordt de versneller klaargemaakt om bij hogere energieniveaus, tot 3,5 TeV te werken’, aldus Van Mechelen. ‘Misschien dat we tegen het eind van 2010 5 TeV halen. Het duurt allemaal zo lang omdat we heel voorzichtig willen zijn. Hoe hoger de energie, hoe meer werk die magneten moeten verzetten, en daar is het vorig jaar misgegaan.’

Het kan nog even duren voordat er van onder de Jura gejuich opstijgt. Naar deeltjes speuren is een lang, statistisch project. ‘Wanneer we het vinden hangt enorm af van welke eigenschappen het Higgsboson precies heeft. Naargelang de massa dat het deeltje blijkt te hebben, zijn er bij botsingen andere “achtergronden” die erop lijken. Hoe meer achtergronden, hoe meer gegevens je nodig hebt om significant te kunnen aanwijzen dat je iets meer hebt gevonden. En de botsingen waarin het Higgs geproduceerd wordt, zijn uiterst zeldzaam. Er zijn in de LHC 100 miljoen botsingen per seconde. Als we de kandidaten voor het Higgs daaruit gefilterd hebben, blijven er maar enkele per dag over. In het beste geval had de Tevatron het nu al gevonden, in het slechtste geval kan de zoektocht nog twee à drie jaar duren.’

En volgens de vermaarde fysicus Stephen Hawking vinden we het gewoon niet. Daar had hij in 2000 al 100 dollar voor veil in een weddenschap met een collega. ‘De LHC zou volgens de huidige zienswijze krachtig genoeg moeten zijn om het Higgsboson te vinden’, aldus Hawking vorig jaar in een interview met de BBC. ‘Ik denk dat het veel spannender is als we het niet vinden. Dat zal ons immers tonen dat er iets mis is, en dat we opnieuw moeten nadenken.’

DOOR KRIS JACOBS

De LHC had met nogal wat tegenslag te kampen, volgens vermaarde theoretici omdat ‘God’ of de natuur vanuit de toekomst de boel saboteert.

Reageren op dit artikel kan u door een e-mail te sturen naar lezersbrieven@knack.be. Uw reactie wordt dan mogelijk meegenomen in het volgende nummer.

Partner Content