Vijf creatieve trucs met de LHC

Gieljan de Vries

2021-06-02 12:08:38

LHC tunnel

Maandetector, treinspotter, regenmeter en nu gravitatiegolftelescoop, wat kun je niet met de deeltjesversneller LHC? Vijf creatieve toepassingen van de higgsontdekker.

Wetenschappers hebben er het higgsdeeltje mee ontdekt, het vroege hete heelal mee gesimuleerd en zelfs de eerste tekenen gezien van verschijnselen die niet worden gedekt door het Standaard Model van de deeltjesfysica. Kortom, de LHC-versneller onder Genève is dé onderzoeksinstallatie voor deeltjesfysici. En als-ie er dan toch staat, bedenk je wat je er nog meer mee kunt.

Op Twitter wees deeltjesfysicus Ivo van Vulpen op een wel heel speciale nieuwe toepassing: misschien kan de LHC-versneller zelfs gravitatiegolven meten. Dat zou niet het eerste nieuwe kunstje zijn van dit Zwitserse zakmes van de fundamentele natuurkunde. KIJK zet vijf toepassingen op een rij.

1) Treinspotter

Een deeltjesversneller zo gevoelig als de LHC meet en verwerkt ontzaglijke hoeveelheden data. Het grootste deel daarvan gaat de prullenbak in. De vier grote LHC-detectoren moeten namelijk niet alleen de honderden elementaire deeltjes volgen na een botsing tussen protonen die met de lichtsnelheid rondrazen in de 27 kilometer lange ring, honderd meter onder Genève, maar ook alle mogelijke stoorsignalen begrijpen en wegfilteren.

Zelfs de LEP, de voorloper van de LHC, was door de nauwkeurige foutcorrectie al gevoelig genoeg om de TGV weg te voelen rijden uit het station van Genève. De gelijkstroom die van de bovenleidingen door de elektromotoren trekt, moet ook weer terug naar de bron. Normaliter reist die stroom via de aarde, maar die is een slechtere geleider dan het kabelnetwerk van de LEP en de LHC – die daardoor kunnen meten wanneer de TGV optrekt.

2) Getijdeklok en maandetector

Oké, de volle maan vanaf het aardoppervlak zien is geen enorme prestatie. Maar als je het van 100 meter onder de grond kunt, heb je wat in je mars. Dat ontdekte fysicus Pauline Gagnon toen ze in 2012 dienst had in de controlekamer van LHC’s ATLAS-detector. Eens in de zoveel tijd zag ze de intensiteit van de deeltjesbundel dalen. En wat gek was: het team bij collega-detector CMS zag exact hetzelfde. Dat was een teken dat het verschijnsel uit de LHC kwam en niet uit een van de detectoren.

Eén belletje later gaf de centrale controlekamer onderkoeld tekst en uitleg: “Dat komt door het getij in de aardkorst door de maan – die dips zie je als ik de bundel bijstel om daarvoor te corrigeren”. De maan trekt namelijk niet alleen aan het zeewater, maar ook aan de rots waar de LHC in is gebouwd. Die rekt daardoor iets uit: tussen hoog en laag tij zit een paar centimeter verschil. In de loop van de dag en nacht wisselt de kracht van het getij, zodat de controlekamer continu de bundelafstelling in de LHC aan moet passen.

Bij volle maan is dat effect extra sterk, want dan staan zon en maan aan weerszijden van de aarde. Als je het effect eenmaal hebt geijkt, kun je aan de kracht van het getij op de LHC aflezen of het volle maan is.

3) Gravitatiegolven

Het was misschien wel de grootste doorbraak in de natuurkunde van het afgelopen decennium: de vondst van gravitatiegolven door de twee meetstations van de detector LIGO in de Verenigde Staten. LIGO meet met laserbundels in kilometerslange tunnels hoe de ruimtetijd rekt en strekt als reactie op de botsing van verre zwarte gaten en neutronensterren. Hoeveel? LIGO kan zwaartekrachtsgolven zien met een afmeting van een tienduizendste van de doorsnee van het proton in atoomkernen. Alsof je de afstand tot de dichtstbijzijnde ster een haardikte kunt zien veranderen, schrijft het project op zijn website.

Kun je ook gravitatiegolven meten met de LHC? Op het eerste gezicht niet – de LHC komt bij lange na niet in de buurt van de gevoeligheid van LIGO of Virgo in Europa. Toch zien onderzoekers kansen om gravitatiegolven op te sporen met de versneller, bleek tijdens een wetenschappelijke workshop. Dat komt door de kracht van herhaling: een proton maakt in een uur tijd 40.000 rondjes door de ring van de deeltjesversneller. Zo kunnen onderzoekers kleine effecten optellen totdat ze meetbaar worden. Het feit dat de omlooptijd verandert door een langskomende gravitatiegolf bijvoorbeeld, of de wisselwerking van gravitatiegolven met de razendsnelle correctiesignalen die de deeltjesbundels op hun plaats houden.

Helemaal spannend is het idee dat je de gravitatiegolven van de LHC zou kunnen meten. Je leest het goed: net zoals neutronensterren die om elkaar heen racen, veroorzaken de langsrazende LHC-protonen minieme wiebels in de ruimtetijd. In theorie zou je die kunstmatige gravitatiegolven kunnen meten met een torsiebalans naast de versneller. In theorie dan; plannen om dat idee te testen zijn er nog niet.

LHC
LIGO’s meting van de gravitatiegolf van twee botsende zwarte gaten uit 2015: bovenaan het LIGO-station in Hanford in Washington, onder dat uit Livingstone in Louisiana. © LIGO

4) Regenmeter

Waar is de LHC nog meer goed voor? Geef MacGyver-wetenschapper Rolf Hut de vrije hand en hij tovert de deeltjesdetector om in een regenmeter. In 2016 schreef Hut in zijn column voor KIJK dat de LHC niet alleen gevoelig is voor wisselingen in de bodem door het getij of aardbevingen, maar ook op de termijn van seizoenen. Zo zou je kunnen afleiden hoeveel water er ‘s winters in de grond zit en hoeveel sneeuw erbovenop ligt: al dat gewicht rust op de bodem en vervormt die iets. In principe genoeg om meetbaar te worden en met de LHC de waterhuishouding rond Genève te bepalen.

5) Bergen vinden

Als afsluiter nog één gaaf LHC-effect, al heb je er weinig aan om wisselende signalen mee op te sporen. Tenzij je heel graag wilt weten of de Mont Blanc nog op zijn plek staat natuurlijk. Die rotsmassa heeft namelijk zo zijn eigen, piepkleine zwaartekracht. Daar merk je tijdens het klimmen niets van, maar de deeltjes in de LHC voelen wel degelijk of ze richting de Mont Blanc bewegen of ervandaan; dat voelt als iets bergafwaarts of bergop klimmen. Het scheelt de protonen wel 0,000.000.000.000.0001 seconde omlooptijd op de negen miljoenste seconde die ze er normaal over doen.

Als de Mont Blanc ineens zou verdwijnen, of wanneer de LHC zoals ooit voorgesteld op de Veluwe was gekomen, zouden we nu niet moeten leven met die tien-tot-de-min-zestiende-seconde afwijking in de omlooptijd. Aan de andere kant zouden we dan nu niet weten of de TGV op tijd is vertrokken. Natuurkunde, het blijft kiezen.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

KIJK Zomernummer

Haal deze extra dikke editie nu in huis!