In een nieuwe open-source studie concluderen zij dat de voorgestelde Europese deeltjesversneller FCC-ee niet vooral krachtiger hoeft te zijn dan bestaande machines, maar juist preciezer.
De zogeheten Future Circular Collider (FCC-ee) is een geplande ondergrondse versneller met een omtrek van ongeveer 90 kilometer. Anders dan de huidige Large Hadron Collider (LHC) bij CERN, die protonen op extreem hoge energie laat botsen, zou de FCC-ee elektronen en positronen gebruiken. Die botsingen zijn veel “schoner”, waardoor onderzoekers met grotere nauwkeurigheid kunnen meten wat er tijdens een botsing gebeurt.
Koerswijziging voor de natuurkunde
Volgens hoogleraar theoretische natuurkunde en Nikhef-onderzoeker Juan Rojo betekent dat een belangrijke koerswijziging voor de natuurkunde. “We moeten afleren om alleen in termen van groter en hogere energie te denken als het gaat om de ontdekking van nieuwe deeltjes,” zegt hij.
Hoewel de FCC-ee veel minder energie levert dan de huidige LHC in Genève, kan de machine volgens de onderzoekers juist daardoor van grote waarde zijn. De nauwkeurige metingen maken het mogelijk om uiterst kleine afwijkingen op te sporen in bekende natuurkundige processen. Zulke afwijkingen kunnen indirect wijzen op het bestaan van nog onbekende deeltjes of natuurwetten.
Dat is een andere aanpak dan waar de deeltjesfysica jarenlang op heeft vertrouwd. Tot nu toe lag de nadruk vooral op het direct produceren van nieuwe, zware deeltjes door botsingen steeds krachtiger te maken. De nieuwe studie laat zien dat subtiele quantum-effecten mogelijk net zoveel kunnen onthullen over onbekende natuurkunde als brute kracht.
De onderzoekers gebruiken daarbij zogenoemde “effective field theories”, modellen waarmee wetenschappers kunnen berekenen hoe onzichtbare of nog onontdekte deeltjes tóch meetbare effecten veroorzaken. Volgens de auteurs biedt de FCC-ee een unieke kans om die indirecte signalen systematisch te onderzoeken.
Transparant onderzoek
Een belangrijk onderdeel van de studie is dat alle berekeningen en simulaties volledig open source beschikbaar zijn. Daarmee willen de onderzoekers transparantie vergroten en andere wetenschappers de mogelijkheid geven om de resultaten onafhankelijk te controleren of alternatieve ontwerpen door te rekenen. Dat is opvallend, omdat veel eerdere studies naar toekomstige versnellers moeilijk reproduceerbaar waren.
De timing van het onderzoek komt goed uit. Op 22 mei bespreekt de CERN-Raad in Boedapest de toekomst van de Europese deeltjesfysica tijdens de strategische evaluatie van het vakgebied. Als de lidstaten kiezen voor de FCC-ee, volgt een nieuwe fase waarin financiering, ontwerp en bouw verder moeten worden uitgewerkt.
De uitkomst van die beslissing kan grote gevolgen hebben voor de wetenschap in Europa. De FCC-ee zou niet alleen een van de grootste wetenschappelijke infrastructuurprojecten ooit worden, maar ook bepalen hoe onderzoekers de komende decennia op zoek gaan naar antwoorden op fundamentele vragen over materie, energie en het ontstaan van het universum.
Foto: CERN