Na vele jaren van voorbereiding heeft CERN een nieuw experiment goedgekeurd:de Search for Hidden Particles (SHiP). Natuurkundige Alexey Boyarsky was er vanaf het begin bij betrokken. "We weten dat er natuurkunde ontbreekt en we streven ernaar die te vinden."

‘Uiteindelijk proberen we het hele universum in één theorie te vangen’, zegt Boyarsky, hoogleraar theoretische natuurkunde aan het Leids Instituut voor Natuurkunde. "Het Standaardmodel leek precies dat te zijn, maar er ontbrak altijd iets. Met de ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012 dachten we dat het model compleet was", zegt hij. "Maar toen beseften we dat dit niet waar kon zijn."

“Dit verhaal begon in 2006 toen we met een paar theoretici een idee hadden. In 2013 waren we 16 en publiceerden we een intentieverklaring. Nu is het een samenwerking tussen 54 instituten in 18 landen. In Leiden hebben veel onderzoekers al onderzoek gedaan naar de theorie achter SHiP en promoot deze zelfs."

"Zie je, we nemen dingen waar die volgens het Standaardmodel onmogelijk zouden moeten zijn. Dat is niet iets waar je omheen kunt." Er zijn drie mysteries die de overhand hebben, legt Boyarski uit. ‘Ons eerste mysterie is bekend:donkere materie. Ten tweede hebben we geleerd dat neutrino’s massa hebben, ook al zou dat niet zo moeten zijn. En ten slotte is er veel meer reguliere materie dan antimaterie, hoewel we verwachten dat er van beide evenveel is. "

Dit betekent dat er nieuwe natuurkunde moet zijn die nog moet worden ontdekt, aldus de professor. "Het kunnen gewoon een paar nieuwe deeltjes zijn. Maar het kan ook iets baanbrekends zijn, waardoor we de basisconcepten van de natuurkunde moeten heroverwegen."

Een gigantische neutrinodetector bouwen

Decennialang was de aanpak bij het vinden van nieuwe deeltjes het bouwen van steeds grotere deeltjesversnellers, zoals de Large Hadron Collider op CERN. Het kost vele jaren en middelen om deze machines te bouwen, maar tot nu toe zijn er geen tekenen van de ontbrekende fysica waar Boyarsky naar op zoek is. "Er bestaat nog een ander type experiment dat ons de antwoorden zou kunnen geven waarnaar we op zoek zijn, maar dat is nooit uitgevoerd."

De bestaande voorzieningen richten zich op wat de energiegrens wordt genoemd. Dit geldt voor relatief zware, kortlevende deeltjes. Je botst ze met hoge snelheid en ze vallen uiteen in andere deeltjes. Boyarsky en zijn collega's stellen voor om de intensiteitsgrens te verkennen. De hoop is om meer zeldzame en lichtere deeltjes waar te nemen, die nauwelijks ergens mee in wisselwerking staan. "Ik geloof dat we een gelijke kans hebben om de ontbrekende natuurkunde op elk van deze grenzen te vinden."

De nieuwe detector zal een protonenbundel van een bestaande faciliteit op CERN gebruiken en deze tegen een speciaal ontworpen doel laten botsen. ‘Dit levert veel deeltjes op. De bekende deeltjes worden eruit gefilterd en we zullen zien wat we overhouden. Hopelijk nieuwe deeltjes’, zegt Boyarsky. "Onze uitdaging is nu om zo snel mogelijk te beginnen met bouwen. Dat kunnen we alleen doen als de huidige faciliteit tussen cycli wordt stilgelegd. De volgende kans is in 2026. Als we die missen, moeten we nog eens zes jaar wachten."

"Ik heb het geluk dat ik aan veel spannende projecten mag werken. Maar dit is absoluut een van de belangrijkste momenten in mijn carrière."

Aangeboden door Universiteit Leiden