7 december 2019

De Large Hadron Collider produceert evenveel Higgs bosonen als… onze atmosfeer

In ‘s werelds grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider (LHC) bij Genéve, worden miljarden keren per seconde protonen met bijna de lichtsnelheid tegen elkaar geknald, waardoor er allerlei nieuwe deeltjes ontstaan, meestal bekende oninteressante deeltjes, soms nieuwe, onbekende, interessante deeltjes. Het in 2012 met de LHC ontdekte Higgs boson is er eentje van de laatste categorie, het laatste ontbrekende deeltje van het Standaard Model van de elementaire deeltjes en natuurkrachten. Maar de LHC is niet de enige die op dit moment – nu ook weer tijdens de onlangs gestarte Run 2 – Higgs bosonen weet te produceren, er is nog een grote producent op aarde en dat is… onze eigen atmosfeer! Nou ja, onze atmosfeer in samenwerking met een ander stukje van moeder natuur, te weten de kosmische straling. Dat is zeer energierijk straling, waarvan de oorsprong nog niet bekend is en die voornamelijk uit protonen bestaan. De afzonderlijke protonen in de LHC hebben een energie van 6,5 TeV (=6,5 x 10^12 eV), die van de kosmische straling is véél hoger:

De laagste (kinetische) energie is zo’n 1 x 10^9 eV, de energie van de ‘ultra-high-energy cosmic ray (UHECR)’ is minstens 1 x 10^18 eV, de meest energierijke categorie is die van de ‘extreme-energy cosmic ray (EECR)’, die meer dan 5 x 10^19 eV aan energie hebben. Recordhouder onder de EECR’s is het Oh-mijn-God-deeltje, welke op 15 oktober 1991 ‘s nachts werd gedetecteerd met de Fly’s Eye array in de militaire basis Dugway Proving Ground in de woestijn van Utah (VS). De kinetische energie van dit ene proton overtrof alles: 320 exa-electronvolt, oftewel 3,2 x 10^20 eV. Zou dit ene enkele deeltje op je teen vallen zou het net zo aanvoelen als een bowlingbal die op je tenen valt –  let wel, één bowlingbal bevat net zoveel atomen als er sterren in het heelal zijn.

Als die protonen van de kosmische straling de deeltjes in onze eigen atmosfeer op pakweg 10 km hoogte raken dan gebeurt er precies hetzelfde als in de LHC: ze vervallen in een ‘waterval’ (Engels: cascade) van deeltjes. Wat blijkt nou: dat ook daarbij Higgs bosonen ontstaan, weliswaar zeer kort levend (1,56 x 10-²² seconde), op hun beurt vervallen ze in de meeste gevallen in muonen. De natuurkundige Josua Unger heeft vorig jaar berekeningen gedaan en daaruit blijkt dat in de atmosfeer gemiddeld iedere 8 seconden een Higgs boson wordt geproduceerd.

De ATLAS detector van de LHC van CERN

De onzekerheid is 65%, dus er is een ruime marge (2 tot 9 Higgs bosonen per minuut). Als we even van die 8 seconden uitgaan worden er in de atmosfeer 430 Higgs bosonen per uur geproduceerd, 10.400 per dag en 3,8 miljoen per jaar. In zijn thesis noemt Unger ook de LHC die tijdens Run 1 in 2012 tijdens een periode van 73 dagen actief was in de productie van Higgs bosonen. Gedurende die periode maakte de atmosfeer 760.000 Higgs bosonen. De LHC maakte in die periode zo’n 493.000 Higgs bosonen, weliswaar lager dan de hoeveelheid die de atmosfeer produceerde, maar toen draaide de LHC nog op een botsingsenergie van 8 TeV. Inmiddels is de LHC omhoog geschroefd naar 13 TeV, zodat we redelijkerwijs kunnen aannemen dat ‘ie nog evenveel Higgs bosonen produceert als de atmosfeer. Bron: The Guardian + The Reference Frame.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.