Een internationale competitie van wetenschappers start het decennialange proces van de ontwikkeling van de opvolger van de Large Hadron Collider, 's werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller.

Meer dan 500 wetenschappers verzamelden zich in Berlijn, Duitsland, van 29 mei tot 2 juni om de toekomst van de deeltjesfysica te bespreken. Het evenement werd georganiseerd door de Future Circular Collider (FCC) Study, een internationale samenwerking van natuurkundigen, en gericht op de ontwikkeling van de volgende Large Hadron Collider (LHC), die zeven keer krachtiger zal zijn.

Georganiseerd door CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, de LHC loopt voorop op het gebied van deeltjesonderzoek en versnelt hoogenergetische deeltjesbundels rond een 27 kilometer lange lusvormige tunnel. Het botst met deze deeltjes om extreme niveaus van energie vrij te maken, en daarbij, probeert de ongrijpbare bouwstenen van het universum te onthullen.

In 2012, de LHC bevestigde het bestaan ​​van het Higgs-deeltje - het laatste onzichtbare elementaire deeltje in het standaardmodel van de natuurkunde, degene die massa geeft aan alle materie in ons universum. Maar het vinden van het Higgs-deeltje zorgde ervoor dat natuurkundigen meer vragen dan antwoorden hadden.

EuroCirCol, een vierjarige door Europa gefinancierde studie, onderzoekt nu toekomstige experimenten en de technologie die nodig is om daar te komen. Het project legt de basis voor een deeltjesversneller die drie keer groter is dan de LHC, met dubbelsterke magneten die onderzoekers in staat stellen deeltjesbundels samen te breken met een vermogen van maximaal 100 tera elektronvolt - een versnelling van deeltjes die ongeveer gelijk staat aan 10 miljoen blikseminslagen.

Volgens professor Michael Benedikt, leider van de FCC, deze energiesprong kan ons in staat stellen om voorheen niet-waargenomen deeltjes te zien die nog zwaarder zijn dan het Higgs-deeltje, die een dieper inzicht zou geven in de wetten die het universum regeren.

"Als je kijkt naar dingen als de beweging van sterrenstelsels, we zien dat we slechts ongeveer 5% van wat we waarnemen kunnen begrijpen en verklaren, " zegt prof. Benedikt, die tevens projectcoördinator is van EuroCirCol.

"Maar met vragen als het zogenaamde probleem van donkere materie, wat verband houdt met het feit dat sterrenstelsels en sterren niet bewegen zoals je zou verwachten, de enige verklaring die we hebben is dat er materie moet zijn die we niet zien en die de beweging dienovereenkomstig vervormt."

Een andere vraag die ongetwijfeld gesteld zal worden, is waarom een ​​nieuwe versneller nodig is bij de bouw van de LHC, 's werelds grootste wetenschappelijke faciliteit, werd pas in 2008 voltooid en kostte ongeveer 4 miljard euro.

Als begin, de LHC zit niet stil. Het jaagt op verdere deeltjes en handtekeningen van de natuurkunde tot het midden van de jaren 2020, waarna het voor tien jaar moet worden opgewaardeerd met een verhoogde snelheid van deeltjesbotsingen.

En het feit dat het officieel bijna 30 jaar duurde om de LHC te creëren, van de eerste planning tot het overzetten van de schakelaar, betekent dat onderzoekers al moeten gaan plannen voor de opvolger.

Professor Carsten P. Welsch, hoofd natuurkunde aan de Universiteit van Liverpool, zegt dat de mensheid die de onderliggende principes van de natuur wil begrijpen niet de enige drijfveer achter dergelijke wetenschap is.

"Het mooie van natuurkunde is dat we deze twee onderdelen hebben, " zei prof. Welsch, die ook de communicatiecoördinator is voor EuroCirCol. "Aan de ene kant stelt het die zeer fundamentele vragen, maar aan de andere kant, niet te vergeten dat er bijna altijd een directe link is naar toepassingen die direct ten goede komen aan de samenleving."

Tim Berners-Lee, een Britse wetenschapper bij CERN, de uitvinder van het World Wide Web in 1989, maar de LHC leidde ook tot andere doorbraken, zoals hadrontherapieën voor de behandeling van kanker en medische beeldvorming.

Volgens prof. Welsch, de volgende LHC zou kunnen leiden tot meer stralingsbestendige materialen die meer vermogen kunnen dragen, die van toepassing is op toekomstige kernreactoren en elektriciteitsnetwerken.

"Hetzelfde, de hoogveldmagneten zullen directe toepassingen vinden in ziekenhuizen waar technologieën zoals MRI-scans hun resolutie kunnen verbeteren met verhoogde magnetische veldsterkten."

Toekomstige natuurkunde

Prof. Benedikt is ervan overtuigd dat de ontwerpconcepten van de versneller "zal leiden tot de prestaties die we willen en nodig hebben". Een prototype van het geavanceerde cryogene bundelvacuümsysteem dat nodig is voor de FCC wordt al getest in Duitsland, maar wat het uiteindelijke concept ook is, Prof. Benedikt zegt dat 2018 de technische vereisten zal vormgeven en zal worden meegenomen in de FCC-studie om de voorbereidingen te starten.

De formidabele prestatie van het creëren van de volgende LHC zou wereldwijde samenwerking vereisen, zware financiering en onderzoekers die over 20 jaar nog steeds actief zijn, op dat moment denkt prof. Welsch dat hij met pensioen zal zijn.

Daarom zegt hij dat een groot deel van het FCC-evenement gewijd is aan outreach; scholen en publiek verleiden met protonenvoetbal, een interactieve LHC-tunnel, en augmented reality-versnellers.

Prof. Welsch zegt dat met deze laatste iedereen zijn eigen virtuele deeltjesversneller kan maken met behulp van een smartphone-app die papieren kubussen bedrukt met QR-codes in hightech componenten verandert.

"Ik heb een papieren doos op tafel gezet, de camera en app zien het als een bron van ionendeeltjes op mijn kantoortafel - vergelijkbaar met Pokémon Go - en hier kan ik deeltjes over mijn bureau zien vliegen. Een tweede vak toevoegen, Ik kan zien hoe een magneet mijn deeltjes buigt enzovoort."

Hij zegt dat een dergelijk bereik van vitaal belang is, niet alleen om de volgende generaties in de wetenschap te brengen, maar om ervoor te zorgen dat iedereen nog steeds verbinding kan maken met en enthousiast kan worden van meer gespecialiseerd onderzoek.

"We hebben kinderen van zeven jaar gehad, WHO, op de vraag wat ze aan het doen zijn, vertel hun moeders dat ze geladen deeltjes afbuigen met behulp van dipoolmagneten."