Gyles Lewis
0 
1819
382
Tien jaar geleden werd 's werelds grootste wetenschappelijke instrument aangezet en begon het begin van een onderzoeksdynastie.
Op 10 september 2008 werd voor het eerst een straal protonen afgeschoten rond de hele 27 kilometer lange ring van de Large Hadron Collider (LHC) - 's werelds grootste en hoogste energie-atoomvernietiger ooit gebouwd. Gelegen in het CERN-laboratorium, net buiten Genève, Zwitserland, werd de LHC gebouwd om zeer energetische protonenstralen met bijna de lichtsnelheid tegen elkaar te slaan. Het gestelde doel was om het Higgs-deeltje te creëren en te ontdekken, het laatste ontbrekende stukje van het standaardmodel, onze beste theorie voor het gedrag van subatomaire materie. Maar het doel was groter dan dat. Wat we echt wilden doen, was iets totaal onverwachts ontdekken - zo groots en zo nieuw dat het zou betekenen dat we de leerboeken zouden moeten herschrijven.
En de LHC ging niet stilletjes aan. In de weken en maanden daarvoor zat de pers vol met ademloze verhalen over de angst dat de LHC een zwart gat zou maken dat de aarde zou vernietigen. De media hebben de lugubere beweringen goed weggenomen, maar het verhaal was gewoon te mooi om niet te printen, zelfs niet bij de meest verantwoordelijke print-, online- en broadcast-outlets..
Het CERN-laboratorium waar de LHC is gehuisvest, besloot de pers uit te nodigen om de inaugurele straal van de LHC te zien. De razernij van het zwarte gat zorgde ervoor dat de media op grote schaal kwamen opdagen. BBC, CNN, Reuters en vele tientallen internationale mediakanalen waren aanwezig voor de festiviteiten. Zwarte gaten terzijde, het was een gevaarlijke keuze vanuit PR-oogpunt: gloednieuwe versnellers zijn kieskeurige beesten, en de LHC was dat vooral. Het bestaat uit duizenden magneten en tienduizenden voedingen, bewakingselektronica en meer. Het geringste ongelukje zou de eerste succesvolle circulatie van de straal dagen of weken kunnen hebben vertraagd. [Foto's: 's werelds grootste Atom Smasher (LHC)
Er waren die ochtend een paar spannende momenten. De eerste paar pogingen mislukten door enkele opstandige voedingen. Echter, net voor 10.30 uur lokale tijd, hebben de gaspedaaloperatoren met succes een straal van protonen met een zeer lage intensiteit door het hele complex geleid. Omdat de LHC in wezen uit twee versnellers bestaat - om balken op te vangen die in tegengestelde richting gaan - was de volgende stap om een balk door de tweede set balkpijpen te leiden. Dat gebeurde kort na het eerste succes. De wereldmedia kondigde de technische prestatie letterlijk aan zoals het gebeurde. Deeltjesfysica krijgt zelden dat soort media-aandacht.
Ondanks de wereldwijde opwinding was het resultaat op die dag relatief bescheiden. Lage energie, lage intensiteit, stralen van feederversnellers waren in de LHC geïnjecteerd. De stralen waren een paar keer rond de ring gefietst, met een laag energieverbruik, dus de laagste energie waarvoor de LHC was ontworpen. De manier waarop de LHC werkt, is dat hij een deeltjesbundel van kleinere versnellers accepteert en de straal vervolgens versnelt tot een energie die meer dan 15 keer hoger is dan hij ontvangt. Bij deze eerste poging was het nooit de bedoeling om de straal te versnellen. Alleen al het succesvol rond de ring krijgen was genoeg.
Bovendien was de intensiteit van de bundels minder dan een tien miljoenste van de ontwerpintensiteit. In deeltjesbundels is de intensiteit vergelijkbaar met helderheid wanneer men het over licht heeft. De bundels kunnen intenser worden gemaakt door meer protonen toe te voegen of door de bundel kleiner te maken. Op die dag was focussen nog een toekomstig doel en werden er maar heel weinig protonen in het gaspedaal gezet. En aanvankelijk klopte de timing van de eigenlijke gaspedaalelektronica niet helemaal. Er was dus duidelijk een weg te gaan.
Maar het maakt niet uit. Het was spannend en het was zeker een belangrijke opstap op weg naar volledige operaties. Er waren kurken geknald. Champagne werd gedronken. Er werden ruggen geslagen en er werden foto's gemaakt. Het was een goede dag.
Ik was niet op CERN voor de eerste straal. Mijn interesse in het LHC-programma is tenslotte om het te gebruiken om hoogenergetische deeltjes te vernietigen, en iedereen wist dat er dan geen botsingen zouden plaatsvinden. In plaats daarvan was ik bij Fermilab, het vlaggenschip van Amerika voor deeltjesversnellerslaboratorium en de meest impactvolle onderzoeksinstelling om aan LHC-gegevensanalyse te werken, naast CERN zelf. De twee laboratoria hebben een broer of zus en we juichen elkaar toe wanneer een technische hindernis wordt overwonnen. Bij Fermilab besloten we om in de nacht van 10 september een pyjamafeestje te organiseren voor de wetenschappers en de lokale gemeenschap. Het was buitengewoon. Honderden lokale mensen kwamen om 02.00 uur opdagen en wachtten op de succesvolle circulatie van de straal om 04.30 uur lokale tijd. Ik liep rond en sprak met leden van het publiek, verslaggevers die hun redacteuren niet konden overtuigen om hen naar Europa en andere wetenschappers te sturen. Het gejuich van de menigte was zo luid dat ik denk dat ze ze konden horen op CERN, 4400 mijl naar het oosten.
Natuurlijk waren de successen van de ochtend van 10 september 2008 erg belangrijk, maar ze waren slechts een stap in de richting van het gewenste resultaat, namelijk de ingebruikname van de krachtigste deeltjesversneller ter wereld. Om dat te doen, moesten de 1.232 gigantische magneten rond de LHC worden getest en op volledige elektrische stroom worden getest. Dus de CERN-acceleratormedewerkers richtten hun aandacht op het afmaken ervan. En dat is waar het mis ging. Op 22 september schudden de operators de laatste set magneten naar beneden, toen een defecte soldeerverbinding ervoor zorgde dat een koperen stroomrail oververhit raakte, waardoor deze smolt, vervolgens boog en vervolgens de thermosfles doorboorde die het vloeibare helium bevatte dat de magneten om de tienduizend ampère stroom te weerstaan die de krachtige magnetische velden mogelijk maakten. [Galerij: zoek naar het Higgs Boson bij de LHC]
Met die lekke band kwam het helium onder hoge druk vrij ... en vormde een straal die sterk genoeg was om een 35 ton grote magneet 45 cm zijwaarts te duwen en de montagebeugels uit massief beton te trekken. Het helium was op min 450 Fahrenheit en het koelde de LHC-tunnel een mijl rond de schade af. Het herstellen van de schade en het toevoegen van extra foutbeveiligingsapparatuur duurde meer dan een jaar.
Het was op 27 februari 2010 dat de medewerkers van de LHC-accelerator klaar waren om het opnieuw te proberen. En in de loop van ongeveer een uur en een kwartier herhaalden ze de oefening, waarbij ze weer stralen in tegengestelde richtingen lieten circuleren. Deze keer werd de poging ondernomen zonder eerst de media op de hoogte te stellen. En het was op 19 maart dat het personeel de straal eindelijk versnelde tot een energie die 3,5 keer hoger was dan de vorige wereldrecordversneller, de Fermilab Tevatron. Ik was die dag toevallig op CERN en de prestatie werd in de vroege uurtjes net voor zonsopgang behaald. Ik keek met collega's naar de monitoren en toen de stabiele straal werd aangekondigd, gebeurden de champagne, rugklappen en gejuich opnieuw, dit keer zonder televisiecamera's.
Sinds die dag is de LHC gewoon een wetenschappelijk fenomeen ... die buitengewone stralen levert aan vier detectoren die rond de ring zijn opgesteld. De wetenschappelijke output tot nu toe was wonderbaarlijk, met de twee grotere experimenten die elk meer dan 800 artikelen publiceerden, en het hele onderzoeksprogramma publiceerde meer dan 2000.
De meest impactvolle ontdekking van het afgelopen decennium was het Higgs-deeltje, het laatste ontbrekende stukje van het standaardmodel van deeltjesfysica. Het werd aangekondigd op 4 juli 2012, opnieuw voor een wereldwijd publiek, met dekking op meer dan duizend televisiestations voor een miljard kijkers. Nogmaals, de wereld deelde de opwinding van ontdekking. [6 implicaties van het vinden van een Higgs Boson-deeltje]
En de toekomst van de LHC ziet er inderdaad rooskleurig uit. Hoewel we de faciliteit nu al tien jaar met succes exploiteren, is het de bedoeling om de accelerator te blijven gebruiken om ontdekkingen te doen. Momenteel is het plan om de activiteiten ten minste de komende twee decennia voort te zetten. Eind 2018 wordt geschat dat de experimenten bij de LHC slechts 3 procent van de gegevens hebben verzameld die gedurende de levensduur van de faciliteit zullen worden geregistreerd. Eind 2018 zal de LHC de werkzaamheden twee jaar onderbreken voor renovatie en upgrades. In het voorjaar van 2021 zal het zijn activiteiten hervatten met sterk verbeterde detectoren. Het is niet mogelijk om te weten welke wetenschappelijke waarheden we zullen ontdekken met behulp van de LHC. Dat is het ding over wetenschap doen ... als we wisten wat we zouden ontdekken, zou het geen onderzoek worden genoemd. Maar de LHC is zonder twijfel een intellectueel en technologisch juweel - een prestatie waarvan onderzoekers van weleer alleen maar konden dromen. De LHC kan de kleinste afstandsschalen, de hoogste energieën onderzoeken en de laatste omstandigheden in het universum nabootsen op slechts een tiende van een biljoenste van een seconde na de oerknal. Het is een instrument van verkenning en ontdekking. En we zijn net begonnen. Het zal heerlijk zijn.
Gefeliciteerd, LHC.
Don Lincoln is natuurkundig onderzoeker bij Fermilab. Hij is de auteur van 'The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind' (Johns Hopkins University Press, 2014), en hij produceert een reeks video's over wetenschappelijk onderwijs. Volg hem op Facebook. De meningen in dit commentaar zijn van hem.
Don Lincoln heeft dit artikel bijgedragen aan WordsSideKick.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights.