Large Hadron Collider
De Large Hadron Collider (LHC) is 's werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller. Hij is gebouwd door de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). Het is een gigantische cirkelvormige tunnel die ondergronds is gebouwd. De tunnel is 17 mijl (27 kilometer) lang, en tussen de 50 en 175 meter onder de grond. Hij ligt onder de grens van Zwitserland en Frankrijk. 10.000 wetenschappers en ingenieurs uit meer dan 100 verschillende landen werkten samen bij het maken van dit project, en het kostte 10,4 miljard Zwitserse frank (10 miljard dollar) om het te bouwen. Het is nu de grootste en meest gecompliceerde experimentele onderzoeksfaciliteit ter wereld.
Zoals de naam al zegt, gaat het bij het onderzoek van de LHC om de botsing van hadronen. Een hadron is een deeltje dat bestaat uit een aantal quarks die door de subatomaire sterke kracht bij elkaar worden gehouden. Protonen en neutronen zijn voorbeelden van een hadron. De LHC maakt in zijn experimenten vooral gebruik van de botsing van protonen. Protonen zijn onderdelen van atomen met een positieve lading. De LHC versnelt deze protonen door de tunnel tot ze bijna de lichtsnelheid bereiken. Verschillende protonen worden in tegengestelde richting door de tunnel geleid. Als ze botsen, creëren ze omstandigheden die vergelijkbaar zijn met het vroege universum.
De LHC probeert elementaire deeltjes te bestuderen en de manieren waarop ze op elkaar inwerken. Onderzoekers hebben het gebruikt om te leren over kwantumfysica, en ze hopen veel meer te leren over de structuur van ruimte en tijd. De waarnemingen die de onderzoekers kunnen doen kunnen ons helpen om te leren hoe het universum er binnen milliseconden na de oerknal uit zou kunnen zien.
Kaart van de grote Hadron Collider bij CERN
Hoe het werkt
De LHC ioniseert Waterstofatomen om hun protonen te krijgen. Een waterstofatoom bestaat uit slechts één proton en één elektron. Wanneer ze de atomen ioniseren, verwijderen ze het ene elektron om het een netto positieve lading te geven. De waterstofprotonen worden dan door elektromagneten door de cirkel geleid. Om de magneten sterk genoeg te laten zijn, moet het erg koud zijn. De binnenkant van de tunnel wordt gekoeld door vloeibaar helium. Ze houden de temperatuur net boven het absolute nulpunt. De protonen raken elkaar dicht bij de lichtsnelheid en worden met E=mc2 omgezet in energie. Het keert dan om en creëert massa. Op de plaats van de botsing zijn er vier lagen detectoren. De explosie gaat door elke laag heen en elke detector registreert een andere fase van de reactie.
Wanneer de deeltjes elkaar raken, wordt hun energie omgezet in veel verschillende deeltjes en houden gevoelige detectoren de stukken bij die ontstaan. Door goed naar de gegevens van de detector te kijken, kunnen wetenschappers bestuderen waar de deeltjes van gemaakt zijn en hoe de deeltjes op elkaar inwerken. Dit is de enige manier om sommige deeltjes te detecteren, omdat er een zeer hoge energie nodig is om ze te creëren. De deeltjesbotsingen van de LHC hebben de benodigde energie.
De LHC heeft drie hoofdonderdelen. Er is de deeltjesversneller, de vier detectoren en het raster. De versneller zorgt voor de botsing, maar de resultaten kunnen niet direct worden waargenomen. De detectoren zetten het om in bruikbare gegevens en sturen het naar het Grid. Het Grid is een computernetwerk waarmee de onderzoekers de gegevens interpreteren. Er zijn 170 locaties in 36 verschillende landen die gevuld zijn met gewone desktopcomputers. Al deze computers zijn met elkaar verbonden, en samen fungeren ze als een supercomputer. Het Grid van de LHC wordt beschouwd als de krachtigste supercomputer ooit gebouwd. De computers delen rekenkracht en dataopslagruimte.
Het raster is zeer krachtig, maar het kan slechts ongeveer één procent van de gegevens die het van de detectoren ontvangt, opnemen. Zijn beperkingen hebben de pogingen gemotiveerd om kwantumcomputers te maken, die zouden kunnen gebruiken wat de LHC ons heeft geleerd over kwantummechanica om snellere computers te maken.
Wetenschappers gebruikten de LHC om het Higgs-boson te vinden, een deeltje dat volgens het standaardmodel zou bestaan.
Sommige mensen dachten dat de LHC een zwart gat kon maken, wat erg gevaarlijk zou zijn. Er zijn twee redenen om niet bezorgd te zijn. De eerste is dat de LHC niets heeft gedaan wat de kosmische stralen die de Aarde elke dag raken niet doen, en deze stralen creëren geen zwarte gaten. De tweede reden is dat zelfs als de LHC wel zwarte gaten zou maken, deze heel klein zouden zijn. Hoe kleiner een zwart gat is, hoe korter de levensduur. Heel kleine zwarte gaten zouden verdampen voordat ze mensen zouden kunnen kwetsen.
De LHC werd voor het eerst gebruikt op 10 september 2008, maar het werkte niet omdat er een koelsysteem kapot ging. De magneten die helpen om de geladen deeltjes te verplaatsen moeten koud zijn. Door de storing stortte een deel van de installatie in. Het labo werd stilgelegd voor de winter en de collider werd pas in november 2009 opnieuw gebruikt. Terwijl het werd gerepareerd, gebruikten wetenschappers de Tevatron om de Higgs Boson te zoeken. Toen de LHC in november 2009 opnieuw werd opgestart, vestigde hij een nieuw snelheidsrecord door protonen te versnellen tot 1,18 TeV (teraelectronvolt, oftewel triljoen elektronvolt). Op 30 maart 2010 creëerde de LHC een botsing bij 3,5 TeV.
Vragen en antwoorden
V: Wat is de Large Hadron Collider (LHC)?
A: De LHC is de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld. Het is gebouwd door CERN, de Europese Organisatie voor Kernonderzoek, en is een gigantische ronde tunnel die ondergronds is gebouwd.
V: Waar bevindt zich de LHC?
A: De LHC bevindt zich net onder de Zwitsers-Franse grens, met een tunnel van 27 kilometer lang en 50-175 meter onder de grond.
V: Wie heeft aan het project gewerkt?
A: 10 000 wetenschappers en ingenieurs uit meer dan 100 landen hebben samengewerkt om dit project te bouwen.
V: Hoeveel heeft de bouw gekost?
A: Het project heeft 10,4 miljard Zwitserse frank (10 miljard dollar) gekost.
V: Welke deeltjes worden gebruikt in de LHC-experimenten?
A: De LHC-experimenten gebruiken voornamelijk protonen. Protonen zijn positief geladen delen van atomen die door de tunnel worden versneld tot ze bijna de lichtsnelheid bereiken.
V: Wat hopen de wetenschappers te leren van het gebruik van deze faciliteit? A: Wetenschappers hopen meer te weten te komen over kwantumfysica en inzicht te krijgen in hoe ruimte en tijd er milliseconden na de oerknal uitzagen.
