Zonder theorie geen experiment (en andersom) Een stoffige ruimte met een goedgevulde boekenkast, een krijtbord en een koffiezetapparaat. De stereotype werkomgeving van theoretisch natuurkundigen staat in schril contrast met die van hun experimentele collega’s, die werken met enorme, miljarden kostende apparaten. Toch kunnen ze niet zondere lkaar. Een blik op vijf grote experimenten, door een theoretische bril. Tekst: Dennis Vaendel
CERN Hoe zou de deeltjesfysica er vandaag de dag uitzien als CERN nooit had bestaan? Wouter Waalewijn, theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam, durft het niet precies te zeggen. ‘Maar waarschijnlijk zou ik dan nu in een ander vakgebied werken.’ Het instituut – een samenwerkingsverband tussen 23 landen, gevestigd in het Frans-Zwitserse grensgebied nabij Genève – voert experimenten uit die ook figuurlijk grensverleggend zijn. ‘Zowel de hoeveelheid meetgegevens die CERN levert als de kwaliteit ervan overtreffen die van andere experi-
32 | New Scientist | Special Delta ITP
menten op dit gebied’, zegt Waalewijn. ‘Zonder deze data kunnen we onze theorieën over elementaire deeltjes niet testen.’ Een bekend voorbeeld is de ontdekking van het higgsdeeltje in 2012, met CERNs grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider. Het bestaan van dit elementaire deeltje was van cruciaal belang voor het standaardmodel, de theorie die alle bekende deeltjes beschrijft, en alle bekende krachten behalve de zwaartekracht. Deze theorie houdt echter geen stand zonder higgsdeeltje. Nu wil dat niet zeggen dat
deeltjesfysici sinds deze ontdekking achterover kunnen leunen. Het standaardmodel is nog niet ‘af’, zegt Waalewijn. ‘De afgelopen jaren zien we in metingen steeds meer aanwijzingen dat deeltjes zich niet exact gedragen zoals verwacht. De puzzelstukken van het standaardmodel passen nog niet helemaal in elkaar. Alleen is het onduidelijk waar we precies naar antwoorden moeten zoeken.’ Vandaar dat theoretici berekenen hoe het huidige standaardmodel zich in bepaalde situaties hoort te gedragen. ‘Met die informatie kun je op zoek naar afwij-
Een deeltjesbotsing in de Large Hadron Collider van CERN, zoals waargenomen met het experiment CMS. CERN
kingen. Als een meting anders is dan verwacht, vertelt dat je waar er misschien iets mis is.’ Daarnaast werken ze allerlei verschillende modellen uit. Kunnen er meerdere soorten higgsdeeltjes bestaan of misschien zelfs compleet nieuwe families van deeltjes? Gaan sommige deeltjes nog onbekende interacties aan met andere deeltjes of zichzelf? Hun bevindingen kunnen CERN-onderzoekers vertellen waar ze kunnen speuren naar nieuwe fysica.
