LHC verhoogt energie in zoektocht naar higgs-boson

De geleerden bij de Large Hadron Collider (LHC) zullen de energie van de protonenbundels die ze tegen elkaar laten botsen, met 14 procent verhogen. Dat moet de kansen verhogen van de LHC om definitief het bestaan van het higgs-boson te bevestigen of te ontkennen.
Een simulatie op de CMS-detector van een Higgs-boson dat uiteenvalt in twee stralen van hadronen en twee elektronen.

De protonenbundels zullen na de verhoging met 14 procent met een energie van 8 biljoen elektronvolt op elkaar botsen, een record voor de LHC, de grote deeltjesversneller van het CERN nabij Genève.

Sinds de LHC in 2008 opgestart werd, hebben de geleerden voorzichtig de energie verhoogd in de protonenbundels die in de 27 kilometer lange cirkelvormige buis rondgestuurd worden.

In de loop van 2012 hopen de geleerden bij de LHC definitief uitsluitsel te kunnen geven over de vraag of het higgs-boson al dan niet bestaat. Het higgs-boson, een deeltje dat volgens de theorie aan de basis ligt van massa in het universum, zou behoorlijk zwaar zijn en daardoor alleen bij hoge energieniveaus gevonden kunnen worden.

In december 2011 hebben de twee teams van de belangrijkste detectoren in de LHC gemeld dat ze aanwijzingen hadden gevonden voor het bestaan van het higgs-boson, maar ze hadden geen zekerheid. Verleden week hebben ze dan formeel hun wetenschappelijke artikels ingediend bij de vakbladen, waar ze beoordeeld zullen worden door andere geleerden.

De gegevens van de Atlas-detector in het artikel herhalen grotendeels wat in december al was meegedeeld, maar de analyse van de CRM-detector bevat nieuwe gegevens. Die ondersteunen het bestaan van een higgs-boson met een massa van zowat 132 keer die van een proton. Dat is iets minder dan wat Atlas had gemeten.

Wetenschappers onderzoeken nog waar dat verschil in massa , dat de mate van zekerheid kan beïnvloeden dat het higgs-boson inderdaad gezien is, vandaan komt.

Zeker lijkt wel dat de gegevens die dit jaar verzameld zullen worden, het debat eens en voor altijd zullen beslissen. Want hoewel de energie van de protonenbundels met 14 procent verhoogd wordt, zal de "helderheid", een maatstaf voor hoe intens en productief de botsingen uiteindelijk zijn, veel meer verhogen. Dat komt door verbeteringen in het verwerken van de gegevens en in het richten van de protonenbundels. Daardoor moeten de nieuwe experimenten driemaal meer gegevens opleveren dan in 2011.

14 biljoen elektronvolt

De beslissing om nu de energie te verhogen, is genomen op een conferentie over de LHC in Chamonix in Frankrijk.

"Toen we begonnen met de LHC te laten draaien voor natuurkundig onderzoek in 2010, kozen we de laagste energie voor de bundels die veilig was en overeenkwam met het onderzoek dat we wilden doen", zegt Steve Myers, de directeur van de versnellers en de technologie aan het CERN, op de BBC-website.

"Meer dan twee jaar van ervaring met het gebruiken van de bundels en vele bijkomende metingen in de loop van 2011, geven ons het vertrouwen om op een veilige manier een graadje hoger te gaan, en zo het natuurkundig bereik van de experimenten uit te breiden voor de eerste lange sluiting van de LHC."

Het is de bedoeling dat de LHC nog tot november gegevens verzamelt en dan krijgt de deeltjesversneller een upgrade die twintig maanden zal duren.

Als de aanpassingen gedaan zijn, moet de energie waarmee de protonenbundels werken 14 biljoen elektronvolt bereiken, dubbel zoveel als wat men nu gebruikt.

Wat is een elektronvolt?

  • Geladen deeltjes hebben de neiging om te versnellen in een elektrisch veld, gedefinieerd als een elektrisch potentiaal, of voltage, gespreid over een afstand.
  • Een elektronvolt (eV) is de energie die een enkel elektron wint als het versnelt door een potentiaal van een volt.
  • Een elektronvolt is een geschikte eenheid voor deeltjesversnellers, die deeltjes versnellen tot veel hogere elektrische potentialen.
  • De eerste deeltjesversnellers bereikten slechts bundels van deeltjes met een energie van zo'n miljoen eV.
  • De LHC kan bundels creëren met energieën die een miljoen keer hoger liggen en verschillende biljoenen elektronvolt bedragen. Een biljoen elektronvolt is een teraelektronvolt (TeV).
  • De energie van een biljoen elektronvolt is nog altijd slechts de energie in de beweging van een vliegende mug.
  • De bundels in de LHC bevatten wel biljoenen van die deeltjes die allemaal rondsuizen met een snelheid van meer dan 99,999999 procent van de snelheid van het licht.