Hoe ziet een proton er van binnenuit uit? Die vraag staat centraal in het onderzoeksproject UNICORN, dat gebruikmaakt van een unieke nieuwe bron van informatie: hoogenergetische neutrino’s die ontstaan in de Large Hadron Collider (LHC) van CERN. Met deze aanpak hoopt Rojo de meest gedetailleerde beelden van de protonstructuur ooit te maken.
Protonen behoren tot de fundamentele bouwstenen van alle zichtbare materie. “Toch zijn er nog veel open vragen over hun interne structuur. We weten dat protonen bestaan uit quarks en gluonen, maar hoe deze deeltjes precies samenwerken en welke rol zwaardere quarks en antimaterie daarin spelen, begrijpen we nog onvoldoende,” aldus Rojo.
Meten van neutrino’s
Het onderzoek maakt gebruik van neutrino’s die vrijkomen bij botsingen van protonen in de LHC. Hoewel deze deeltjes al jarenlang worden geproduceerd, konden ze tot voor kort niet worden gemeten. Dankzij de recente installatie van de detectoren FASER en SND@LHC is dat veranderd. Met het UNICORN-project wordt FASER verder ontwikkeld tot een uiterst nauwkeurige ‘microscoop’ waarmee wetenschappers de binnenkant van protonen kunnen bestuderen.
Rojo verwacht veel van de resultaten. Het project moet leiden tot de meest precieze metingen van de protonstructuur tot nu toe. Daarmee kunnen onderzoekers nauwkeurigere voorspellingen doen over processen die plaatsvinden in de LHC, waaronder de productie van Higgs-deeltjes en andere zware elementaire deeltjes. Ook kan het onderzoek mogelijk definitief aantonen dat protonen zogenoemde charmquarks bevatten, een vraagstuk waar natuurkundigen al jarenlang over discussiëren.
Maatschappelijke impact
De impact van het onderzoek reikt verder dan de deeltjesfysica alleen. “Een beter begrip van protonen en de sterke kernkracht helpt ons ook om extreme verschijnselen in het heelal te verklaren, zoals de oorsprong van zeer energierijke kosmische deeltjes. Mijn project overbrugt zo de kloof tussen de kleinste structuren in de natuur en de meest energierijke processen die zich in het universum afspelen,” aldus Rojo.
Ook stimuleert het onderzoek van Rojo de ontwikkeling van nieuwe kunstmatige-intelligentietechnieken voor het analyseren van complexe datasets. Zulke methoden kunnen in de toekomst ook worden ingezet voor maatschappelijke toepassingen waarbij grote hoeveelheden gegevens moeten worden verwerkt en geïnterpreteerd.
Rojo: “Met UNICORN hopen we niet alleen enkele van de grootste mysteries rond het proton op te lossen, maar ook nieuwe inzichten te bieden in de fundamentele natuurwetten die ons universum vormgeven.”