In Zwitserland, bij het meer van Genève, wordt het grootste experiment ooit uitgevoerd. Proefjes in de klas passen meestal makkelijk op tafel, maar in Zwitserland werken ze met een cirkelvormige tunnel die bijna 27 kilometer lang is, het gebied dat binnen de tunnel ligt is ongeveer zo groot als Den Haag! Deze tunnel heet de Large Hadron Collider (LHC) en ligt 100 meter onder de grond. In deze tunnel proberen wetenschappers heel kleine deeltjes ontzettend snel rond te laten bewegen, tot wel 299.793 kilometer per seconde. Dat is zo snel dat ze binnen een seconde 7,5 keer rond de Aarde kunnen gaan, of binnen 1,3 seconde van hier naar de maan kunnen reizen.
Afbeelding 1: De tunnel vanuit de lucht bekeken.
Maar die wetenschappers laten die deeltjes natuurlijk niet voor niets zo snel bewegen. Ze willen namelijk deeltjes op elkaar laten botsen om te kijken wat er dan gebeurt. Er worden in beide richtingen heel veel deeltjes de tunnel ingebracht. Als de deeltjes eenmaal snel genoeg bewegen worden die twee bundels op elkaar af gericht waardoor de deeltjes botsen. Misschien vraag je je nu af waarom ze dat nou precies doen. Om dat beter te begrijpen moet je eerst iets meer weten over de deeltjes die worden versneld en op elkaar af worden geschoten
Kleine deeltjes
Alles om ons heen bestaat uit atomen. Dat zijn heel kleine deeltjes, die je zelfs niet met je microscoop op school kunt zien. Deze atomen zijn echter nog steeds niet de kleinste deeltjes die er bestaan. Elk atoom is weer opgebouwd uit nóg kleinere deeltjes, namelijk protonen, neutronen en elektronen. De protonen en neutronen (de blauwe en rode bolletjes in afbeelding 2) vormen de kern die zich in het centrum van het atoom bevindt. De elektronen (grijze bolletjes) zwermen om die kern heen. De verhouding tussen de groottes van de deeltjes in afbeelding 2 klopt niet, maar dat is gedaan omdat je anders de elektronen niet zou zien, die zijn veel kleiner dan protonen en neutronen. Protonen en elektronen hebben een elektrische lading, neutronen niet. Protonen zijn positief geladen en elektronen negatief. Dit betekent dat ze elkaar aantrekken. Deze elektrische lading speelt een belangrijke rol bij het versnellen van de deeltjes in de tunnel van de LHC.
Afbeelding 2: Een atoom.
Protonen versnellen
De deeltjes die in de tunnel van de LHC worden versneld en op elkaar worden geschoten zijn protonen. In de tunnel worden deze deeltjes versneld door steeds ervoor te zorgen dat vlak voor de protonen uit een stroom van negatief geladen deeltjes aanwezig is. Deze negatief geladen deeltjes trekken de positief geladen protonen namelijk aan. Als de protonen eenmaal voorbij het negatieve stroompje zijn wordt dit stroompje veranderd in een stroom van positieve deeltjes. Deze stoot de protonen af waardoor ze nog meer versneld worden.In de wand van de tunnel zitten heel veel sterke magneten die ervoor zorgen dat de protonen niet uit de bocht zullen vliegen (niet eenvoudig bij zulke snelheden!). Magneten kunnen namelijk een elektrische stroom afbuigen. Aangezien protonen elektrisch geladen zijn, vormen die ook een elektrische stroom als ze bewegen en dus kunnen ze ook worden afgebogen met behulp van de magneten. De magneten zijn gemaakt van supergeleidend materiaal en werken daarom alleen als ze heel koud zijn; ze worden afgekoeld naar -271 °C. Als de koeling uitvalt, vliegen de protonen uit de bocht en kan de hele tunnel ontploffen!
De botsing
Afbeelding 3: Een botsing van protonen.
Als de protonen eenmaal op volle snelheid bewegen worden de bundels op elkaar afgeschoten. Als dan twee protonen op elkaar botsen ontstaat er heel veel energie. Door die grote hoeveelheid energie wordt de temperatuur wel 100.000 keer zo hoog als in het binnenste van de Zon. Als de protonen met zo veel energie op elkaar botsen knallen ze uit elkaar en ontstaan er allemaal andere kleine deeltjes. In afbeelding 3 stelt elk lijntje een nieuw deeltje voor dat is ontstaan uit een botsing van protonen. Sommige van deze deeltjes blijven lang bestaan, maar anderen bestaan maar heel kort en verdwijnen dan weer. De wetenschappers hopen nieuwe deeltjes te ontdekken. De kleine deeltjes zijn namelijk de bouwstenen van de wereld om ons heen. Je moet eerst de bouwstenen kennen en weten hoe die aan elkaar vast zitten voordat je het grote bouwwerk helemaal kunt begrijpen.