Eerste deeltjesbotsingen in Genève
Voor het eerst botsten deeltjes met een energie van 3,5 tera-elektronvolt frontaal in de LHC-versneller. Eerst lukte het twee keer nét niet, toen wel.
Dinsdagmorgen om twaalf uur werd fysicus Paul de Jong wakker ‘met het gevoel dat er iets zou gaan gebeuren’.
Na een nachtdienst bij de machtige LHC-versneller van het Europees centrum voor deeltjesonderzoek CERN in Genève was hij eerder die ochtend gaan slapen. Twee pogingen om deeltjes te laten botsen waren toen mislukt.
Maar toen er om 13:06 uur een gejuich opsteeg in de controlekamer van het ATLAS-experiment was Paul de Jong dus toch bij: botsingen! Bij een nooit eerder vertoonde energie van twee keer 3,5 Tera-elektronvolt.
Twee keer eerder die ochtend hadden versnellerexperts de 27 kilometer lange ringvormige versneller al gevuld met vier deeltjespakketjes. Twee van die pakketjes – wolkjes met zes tot negen miljard deeltjes erin – lieten zij met de klok meedraaien. Twee andere draaiden tegen de klok in, en bij elk rondje kregen de deeltjes als het ware een schop, om zo hun energie op te voeren. In hetzelfde tempo voerden de versnellerexperts ook de stroom door de ijskoude supergeleidende magneten op, die met steeds krachtiger magneetvelden de deeltjes op koers moesten houden.
Pas de derde keer lukt het om die wolkjes óók op vier punten door elkaar heen te laten zeilen – met frontale botsingen tot gevolg. „Ik ben zo opgelucht en zo blij”, zegt Michael Barnett tegen zijn Nederlandse collega. Opgelucht dat hij de journalisten niet hoeft te vragen morgen weer terug te komen. Blij omdat fysici eindelijk kunnen meten.
Barnett en De Jong werken allebei aan het ATLAS-experiment. Barnett namens Berkeley in de Verenigde Staten, De Jong namens het Nederlands instituut voor deeltjesfysica, het NIKHEF. De eerste uitgewerkte tekeningen van dat reusachtige meetapparaat (25 meter hoog en 46 meter lang) lagen zestien jaar geleden al op tafel. De detector vangt de tientallen, honderden of zelfs duizenden deeltjes die bij de energierijke botsingen ontstaan. In opeenvolgende lagen, als in een ui, registreren geavanceerde meetapparaten in ATLAS de deeltjessporen, meten ze de energie van de deeltjes, en verzamelen ze informatie over hun identiteit.
Vorig jaar konden de fysici oefenen met botsingen bij lage energie. De LHC-versneller had net een veertien maanden durende reparatie en revisie ondergaan, nadat een kortsluiting tussen twee van de supergeleidende magneten een ravage had veroorzaakt.
De botsingen van vandaag, tussen deeltjes met elk een recordenergie van 3,5 Tera-elektronvolt, zijn ook voor hen iets compleet nieuws. „Ze zijn drukker”, zegt De Jong. „Je ziet veel meer deeltjessporen en veel meer activiteit in de detector.” Hij staart naar een groot beeldscherm waarop gebogen witte deeltjessporen als een kantwerk een paarse en zwarte achtergrond versieren – het schematische zijaanzicht van de detector.
Veel deeltjes betekent ook: veel werk tijdens de data-analyse, de komende maanden en jaren op instituten wereldwijd. Fysici moeten de deeltjessporen ontwarren. En uit miljoenen botsingen – als alles goed blijft lopen, natuurlijk – moeten ze nieuwe, nooit eerder waargenomen deeltjes zien te vissen. Nieuwe fysische fenomenen ontdekken die (iets) meer van de bouw en de oorsprong van de kosmos kunnen verklaren.
Niet simpel. Nu al leveren de schamele vier deeltjespakketjes genoeg gegevens om elke twee seconden een dvd te vullen. Laat staan als straks twee keer 2.800 pakketjes door de versneller razen, nog wat beter gevuld zelfs, die elke seconde voor tot 600 miljoen botsingen zorgen.
De secretaresses van ATLAS brengen champagne terwijl de spokeswoman – de baas, zeg maar – van het ATLAS-experiment, Fabiola Gianotti, haar 2.700 collega’s uit 37 landen feliciteert. Aan haar zijde staat Sir Lyn Evans. Hij leidde de bouw van de LHC-versneller en ging eind 2008 met pensioen. Na veertien maanden reparatie en vier maanden voorzichtig opstarten wil hij, opgelucht, maar één ding zeggen: „Thank you for your patience.”