Mark Thomson, hoogleraar experimentele deeltjesfysica in Cambridge, is benoemd tot de volgende directeur-generaal van CERN, de Europese nucleaire onderzoeksorganisatie. Zijn ambtstermijn begint op 1 januari met een schijnbaar contra-intuïtieve eerste stap: het uitschakelen van de Large Hadron Collider (LHC), ‘s werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller. Deze shutdown is echter geen tegenslag, maar een zorgvuldig geplande stap in de richting van een substantiële upgrade die de toekomst van de hoge-energiefysica opnieuw zal definiëren.
De erfenis van de LHC en de komende Hi-Lumi-upgrade
De LHC heeft zijn plaats in de geschiedenis verdiend door het bestaan van het Higgsdeeltje te bevestigen, een fundamenteel deeltje dat verklaart hoe materie massa verkrijgt. Ondanks deze triomf is de machine toe aan grote verbeteringen. Vanaf juni zal de LHC een uitgebreide stillegging ondergaan om plaats te maken voor de High-Luminosity LHC (Hi-Lumi LHC), een upgrade die is ontworpen om het aantal deeltjesbotsingen dramatisch te verhogen.
De Hi-Lumi LHC zal krachtigere supergeleidende magneten gebruiken om protonenbundels te comprimeren, waardoor het aantal botsingen vertienvoudigt. Dit betekent meer data, scherpere metingen en een grotere kans op het spotten van nieuwe, exotische deeltjes. De upgrade gaat niet alleen over brute kracht; de detectoren zelf worden versterkt om subtiele signalen op te vangen die ons begrip van de natuurkunde zouden kunnen veranderen.
Voorbij de shutdown: de toekomstige circulaire botsing
De termijn van vijf jaar voor Thomson zal worden gedomineerd door de voorbereiding op de Hi-Lumi LHC, maar zijn uitdaging op de lange termijn is zelfs nog groter: het plannen van de volgende grote investering van CERN. De LHC zal naar verwachting rond 2041 het einde van zijn operationele levensduur bereiken, en wetenschappers debatteren al over de opvolger ervan. Het leidende voorstel is de Future Circular Collider (FCC), een ambitieus project dat de LHC qua omvang zou doen vervagen.
De FCC zou meer dan drie keer groter zijn dan de huidige botsing, en zou een tunnel van 91 km nodig hebben die tot 400 meter onder de grond moet worden geboord. Het project is opgedeeld in fasen, te beginnen met een elektron-positron-botser eind jaren 2040, gevolgd door een protonen-botser die tegen 2070 deeltjes kan vernietigen met een snelheid die zeven keer de energie van de LHC heeft. De initiële fase alleen al kost naar schatting £14 miljard.
De grotere vragen en de mondiale concurrentie
De potentiële ontdekkingen van de FCC zijn verre van gegarandeerd. Het project wordt geconfronteerd met vragen over het vermogen ervan om enkele van de meest urgente mysteries van de natuurkunde aan te pakken: de aard van donkere materie en donkere energie, de zwakte van de zwaartekracht en de onbalans tussen materie en antimaterie in het universum.
Bovendien is CERN niet de enige in de race om dominantie in de deeltjesfysica. De VS en China ontwikkelen hun eigen geavanceerde botsingsprojecten, waarmee ze het historische leiderschap van Europa op dit gebied uitdagen. Om de positie van CERN te behouden zal niet alleen technologische innovatie nodig zijn, maar ook het veiligstellen van internationale financiering en samenwerking.
“We zijn nog niet op het punt aangekomen waarop we zijn gestopt met het doen van ontdekkingen en de FCC is de natuurlijke vooruitgang. Ons doel is om het universum op het meest fundamentele niveau te begrijpen”, aldus Thomson.
De toekomst van de deeltjesfysica hangt af van gedurfde investeringen en voortdurende wetenschappelijke ambitie. CERN bereidt zich, onder leiding van Thomson, voor op een nieuw tijdperk van ontdekkingen, ook al betekent dit dat de krachtigste machine ter wereld tijdelijk tot zwijgen moet worden gebracht.
