Op 10 september 2026 is het precies achttien jaar geleden dat de eerste protonen door de Large Hadron Collider cirkelden. Een terugblik op de ontdekkingen, de huidige onderhoudsperiode en de plannen voor een nog grotere machine.
Het is vandaag precies achttien jaar geleden dat een bundel protonen voor het eerst een volledige ronde maakte door de 27 kilometer lange tunnel van de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN in Genève. Op 10 september 2008, om 10.28 uur ’s ochtends, schreef de machine geschiedenis. De eerste injectie verliep zonder grote problemen, al zou het nog enkele weken duren voordat de eerste echte botsingen plaatsvonden. De start markeerde het hoogtepunt van meer dan twee decennia van ontwerpen en bouwen.
De LHC is de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld. In de 27 kilometer lange ring botsen protonen met elkaar met energieën die tijdens de ontwerpfase ongekend waren; tot aan 6,5 TeV. De machine werkt met supergeleidende magneten die worden gekoeld tot nabij het absolute nulpunt; een temperatuur van min 271 graden Celsius (1,9 Kelvin), kouder dan de ruimte tussen de sterren. Vier grote detectoren, ATLAS, CMS, ALICE en LHCb, registreren wat er bij die botsingen gebeurt.
De vruchten van achttien jaar botsen
Wat heeft de LHC sinds 2008 opgeleverd? De meest bekende ontdekking is ongetwijfeld die van het Higgsboson in 2012. Dit deeltje, dat al in de jaren zestig was voorspeld, verklaart hoe elementaire deeltjes aan hun massa komen. De vondst bevestigde een cruciaal onderdeel van het Standaardmodel van de deeltjesfysica en leverde François Englert en Peter Higgs in 2013 de Nobelprijs voor Natuurkunde op.
Daarnaast hebben de LHC-experimenten talloze andere resultaten geboekt. Zo werd in 2015 een nieuw type deeltje ontdekt, de pentaquark, dat bestaat uit vijf quarks in plaats van de gebruikelijke twee of drie. Recenter, in 2024, observeerden onderzoekers voor het eerst kwantumverstrengeling bij de hoogste energie ooit gemeten in een deeltjesversneller. Deze resultaten laten zien dat de LHC niet alleen het Standaardmodel bevestigt, maar ook nieuwe wegen verkent naar natuurkunde voorbij dat model.
Een welverdiende pauze
De LHC draait echter niet continu. Net als elke complexe machine heeft de versneller periodiek onderhoud nodig. Tijdens zogeheten Long Shutdowns worden intensieve werkzaamheden uitgevoerd die tijdens normaal bedrijf onmogelijk zijn. De eerste lange stop vond plaats in 2013 en 2014. De tweede, LS2 genaamd, begon in december 2018 en werd voor de injectoren afgerond eind 2020, voor de LHC zelf begin 2022.
Tijdens LS2 werden talrijke onderhouds- en upgrade-werkzaamheden uitgevoerd. Een belangrijk doel was het veiligstellen van de verbindingen tussen de supergeleidende dipoolmagneten, essentieel om de botsingsenergie te kunnen verhogen naar de door LS2 verhoogde ontwerpwaarde van 14 tera-elektronvolt. Daarnaast werd de oude lineaire versneller Linac 2 vervangen door de nieuwe Linac 4, die een intensere bundel kan leveren. Deze upgrades bereiden de LHC voor op de High-Luminosity LHC, een project dat vanaf 2030 de machine nog gevoeliger moet maken voor zeldzame processen.
Een stip aan de horizon: de Future Circular Collider
De volgende stap in de geschiedenis van CERN wordt mogelijk nog ambitieuzer. In mei 2026 heeft de CERN-raad een bijgewerkte Europese strategie voor deeltjesfysica aangenomen. Daarin staat de Future Circular Collider (FCC) centraal: een nieuwe versneller met een omtrek van 91 kilometer, die in dezelfde regio moet worden aangelegd.
De FCC zou in twee fasen worden gebouwd. Eerst komt er een elektron-positron-collider (FCC-ee), die extreem precieze metingen aan het Higgs-boson en andere deeltjes mogelijk maakt. De botsingen tussen elektronen en positronen zijn schoner dan die tussen protonen, waardoor wetenschappers het Higgs-boson in ongekend detail kunnen bestuderen. Later zou dezelfde tunnel kunnen worden gebruikt voor een protonenversneller met een energie van 100 TeV, zeven keer hoger dan de huidige LHC.
Het project heeft een prijskaartje van ongeveer 15 miljard Zwitserse frank, omgerekend zo’n 16 miljard euro. Dat bedrag kan CERN niet alleen ophoesten. De komende jaren moet duidelijk worden of lidstaten en niet-lidstaten bereid zijn bij te dragen. Uiterlijk in 2028 neemt de CERN-raad een beslissing over het al dan niet doorgaan van de FCC-ee.
Een toekomst vol vragen
Terwijl de LHC nog tot 2041 operationeel blijft en de High-Luminosity-upgrade later dit decennium van start gaat, kijkt CERN dus al verder vooruit. De vragen die de deeltjesfysica probeert te beantwoorden zijn fundamenteel: waarom hebben deeltjes massa? Wat is de aard van donkere materie? Waarom bestaat er meer materie dan antimaterie in het universum? Dit zijn vragen waarop de LHC wellicht eerste aanwijzingen kan geven, maar waarvoor een krachtiger machine zoals de FCC uiteindelijk nodig zal zijn.
Achttien jaar na die eerste protonenronde is de LHC nog altijd in bedrijf en nog altijd productief. De ontdekkingen van de afgelopen jaren hebben het Standaardmodel verfijnd en uitgebreid, maar ook nieuwe vragen opgeroepen. CERN staat daarmee op een kruispunt: terugkijkend op bijna twee decennia van baanbrekend onderzoek, en vooruitkijkend naar een toekomst waarin de volgende generatie versnellers het verhaal moet voortzetten.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
