Groen licht voor de bouw van een revolutionair nieuw experiment bij CERN om onbekende deeltjes op te sporen
Na vele jaren voorbereiding heeft CERN een baanbrekend nieuw experiment goedgekeurd: de Search for Hidden Particles (SHiP). Alexey Boyarsky was er vanaf het begin bij betrokken. ‘We weten dat er natuurkunde ontbreekt en die willen we vinden.’
‘Ons doel is om het hele universum in één theorie te vangen’, zegt Boyarsky, hoogleraar theoretische natuurkunde aan het Leids Instituut voor Onderzoek aan de Natuurkunde. ‘Het standaardmodel leek de oplossing, maar er ontbrak altijd iets. Met de ontdekking van het Higgsboson in 2012 dachten we dat het model compleet was’, zegt hij. ‘Maar toen realiseerden we ons dat dat niet het geval kon zijn.’
De mysteries van ons universum
‘Dit verhaal begon in 2006 toen we slechts een paar theoretici waren met een interessant idee. In 2013 waren we met zestien en schreven we een intentieverklaring. Nu is er een samenwerking tussen 54 instituten in 18 landen. In Leiden hebben al veel onderzoekers de theorie achter SHiP bestudeerd en zijn er zelfs op gepromoveerd.’
'Dit is een van de belangrijkste momenten in mijn carrière.'
‘We nemen dingen waar die volgens het standaardmodel onmogelijk zijn. Dat is niet iets wat je kunt negeren.’ Er zijn drie mysteries, legt Boyarski uit. ‘Het eerste mysterie kennen we allemaal: donkere materie. Daarnaast hebben we geleerd dat neutrino's massa hebben, ook al zou dat niet zo moeten zijn. En tot slot is er veel meer reguliere materie dan antimaterie, hoewel we verwachten dat er van beide evenveel is.’ Dit betekent volgens de professor dat er nieuwe, onontdekte fysica moet zijn. ‘Het kan gaan om enkel wat nieuwe deeltjes. Maar het kan ook iets baanbrekends zijn waardoor we de basisconcepten van de natuurkunde opnieuw moeten evalueren.’
Een gigantische neutrinodetector bouwen
Decennialang was de aanpak om nieuwe deeltjes te vinden duidelijk: steeds grotere deeltjesversnellers bouwen, zoals de Large Hadron Collider bij CERN. Dat kost vele jaren en middelen, maar tot nu toe zonder tekenen van de ontbrekende fysica waar Boyarsky naar speurt. ‘Er is een ander type experiment dat ons de antwoorden zou kunnen geven die we zoeken, maar dat is nooit serieus geprobeerd.’
De bestaande faciliteiten richten zich op het oprekken van de zogenaamde energiegrens. Dit is voor relatief zware, kortlevende deeltjes. Je laat ze met hoge snelheden botsen en dan vervallen ze in andere deeltjes. Boyarsky en zijn collega's stellen voor om de intensiteitsgrens te verkennen. De hoop is om zeldzamere en lichtere deeltjes waar te nemen, die nauwelijks interactie met andere materie hebben. ‘Ik denk dat we aan elk van deze grenzen evenveel kans hebben om de ontbrekende natuurkunde te vinden.’
‘Dit is echt een groot moment’
De nieuwe detector zal een protonenbundel van een bestaande faciliteit bij CERN gebruiken en deze op een speciaal ontworpen doel te richten. Dit produceert een heleboel deeltjes. ‘De bekende deeltjes worden eruit gefilterd en dan zullen we zien wat er overblijft. Hopelijk nieuwe deeltjes’, zegt Boyarsky. ‘Onze uitdaging is nu om zo snel mogelijk te beginnen met bouwen. We kunnen dit alleen doen als de huidige faciliteit tussen de 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 prechtige projecten mag werken. Maar dit is absoluut een van de belangrijkste momenten in mijn carrière.’
Lees meer over het SHiP-project in het persbericht van het Imperial College London, de partner die het experiment leidt.