Dit voorjaar gaat de LHC weer aan. Op welke manieren is de deeltjesversneller waarmee het higgsdeeltje werd ontdekt, verbeterd?

Ruim twee jaar heeft hij geduurd: de eerste grote onderhoudsbeurt van de Large Hadron Collider (LHC), de grootste deeltjesversneller van CERN. Een overzicht van wat er in die tijd zoal is gedaan.

Hogere energie

Allereerst kan de deeltjesversneller protonen op elkaar laten botsen met een veel hogere energie: in 2012 was dat nog 8 tera-elektronvolt (TeV), nu wordt het 13 TeV. Dat betekent dat er deeltjes tevoorschijn kunnen komen met een hogere massa dan tot nu toe mogelijk was. Bovendien ontstaan er bij deze hogere energie onder andere meer higgsdeeltjes, zodat die beter kunnen worden onderzocht.

Verder zijn de deeltjesbundels nauwer gemaakt. Hierdoor zitten de deeltjes dichter op elkaar gepakt, waardoor er meer botsingen zullen plaatsvinden. In principe is dat natuurlijk een goede zaak; hoe meer botsingen, hoe meer kans op interessante resultaten. Maar op een gegeven moment vinden er zoveel botsingen tegelijk plaats, dat het lastig wordt voor de verschillende experimenten om hier nog chocola van te maken. Daarom zijn de aantallen protonen per ‘pakketje’ dat door de LHC schiet, iets omlaag gebracht. Wel komt er voortaan elke 25 nanoseconden een pakketje protonen voorbij; tijdens de eerste run was dat nog eens per 50 nanoseconden.

Enorme vonk

Wat CERN natuurlijk niet wil, is een ongeluk zoals plaatsvond tijdens de opstartfase van de machine, in september 2008. Toen zorgde een slechte verbinding tussen twee magneten (die de protonen in hun cirkelvormige baan houden) voor een enorme vonk, waarna er zo’n zes ton aan vloeibaar helium vrijkwam. Dat bracht een vertraging van zo’n anderhalf jaar en een boel extra kosten met zich mee. Om herhaling te voorkomen, zijn meer dan 10.000 verbindingen tussen magneten beveiligd. Van die magneten zelf zijn bovendien achttien versleten exemplaren vervangen.

Een ander punt is de pijp waar de deeltjes doorheen gaan. Die hoort vacuüm te zijn, maar de positief geladen protonen in de bundel kunnen negatieve elektronen uit de wand van de pijp lostrekken. Daardoor kan dan een wolk van losse elektronen ontstaan, die interfereert met de bundel. Om dat te voorkomen, heeft de binnenkant van de pijp een nieuwe coating gekregen die elektronen absorbeert.

100 miljoen gigabyte

Omdat de LHC straks nog veel meer data gaat opleveren dan voorheen, heeft ook het aan de deeltjesversneller gekoppelde computerpark een flinke update gekregen. Zo zijn er 60.000 processors toegevoegd en is de toch al niet geringe opslagcapaciteit opgehoogd met 100 miljoen gigabyte.

Dat alles moet ervoor gaan zorgen dat de LHC en de bijbehorende experimenten straks bestaande deeltjes aan een nog nauwgezetter onderzoek kunnen onderwerpen. Maar natuurlijk hoopt iedereen dat daarnaast eindelijk wat écht nieuwe fysica aan het licht komt. Ideeën daarvoor zijn er in elk geval zat, variërend van allerlei deeltjes die het donkere-materie-probleem kunnen oplossen tot extra dimensies. Maar welke daarvan nu echt in ons heelal zijn gerealiseerd? Misschien dat de flink opgewaardeerde LHC ons daar de komende jaren eindelijk meer over kan vertellen.

Volgens de huidige, ruwe planning zullen er in maart weer protonen door de LHC gaan. De eerste botsingen zouden dan in mei moeten plaatsvinden, meldt het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef, dat informatie over de herstart verzamelt op deze webpagina.

Bronnen: CERN (1), CERN (2), Nikhef

Beeld: Daniel Dominguez/CERN