LHC maakt zich op voor meerjarige onderbreking

Een geplande pauze onder Genève

In een tunnelstelsel van 27 kilometer lang onder de Frans-Zwitserse grens bereiden operators zich voor op het afbouwen van de Large Hadron Collider (LHC) voor een uitgebreide, zorgvuldig geplande pauze. CERN heeft de kalender van de versneller herzien, zodat Run 3 van de LHC doorloopt tot en met juli 2026; op dat moment gaan de machine en de bijbehorende injectieketen de Long Shutdown 3 (LS3) in, een meerjarige periode van installatie en renovatie voorafgaand aan het tijdperk van de High-Luminosity LHC.

Wat de pauze in de praktijk betekent

De shutdown is geen abrupte uitschakeling, maar een complexe reeks van geplande toegangsperioden, civieltechnische werkzaamheden en de installatie van apparatuur die zowel de versneller als de vier grote experimenten aan de ring zal transformeren. Het doel is om de LHC voor te bereiden op een veel hogere "luminositeit" — de technische term voor het aantal botsingen dat een collider per seconde kan leveren — zodat fysici veel grotere datasets van zeldzame verschijnselen kunnen verzamelen. De tijdlijn en projectpagina's van CERN beschrijven de overgang van Run 3 naar LS3 en de beoogde start van het High-Luminosity LHC-programma in de periode rond 2030.

Herbouw voor een vertienvoudiging van de data

De High-Luminosity LHC (HL-LHC) is niet één nieuw apparaat, maar een gecoördineerde set upgrades aan magneten, cryogenie, stroomvoorziening en de detectoren zelf. Het doel is om de geïntegreerde luminositeit die beschikbaar is voor experimenten tijdens de levensduur van Run 4 met ongeveer een factor tien te verhogen. Dit maakt precisiemetingen van het higgsboson mogelijk, evenals zoektochten naar extreem zeldzame processen die vandaag de dag onmogelijk waar te nemen zijn. De installatiecampagne is groot in omvang en duur: projectcommunicatie binnen de HL-LHC-collaboratie beschrijft een geconcentreerd werkprogramma tijdens LS3 dat meerdere jaren van activiteiten in de tunnel en aan de oppervlakte beslaat.

Waarom meer luminositeit belangrijk is

Meer botsingen betekenen twee dingen voor de deeltjesfysica. Ten eerste verbetert het de precisie van metingen — bijvoorbeeld van de eigenschappen van het higgsboson — wat kleine afwijkingen van het Standaardmodel aan het licht kan brengen die wijzen op nieuwe fysica. Ten tweede vergroot het de kans op het zien van zeer zeldzame processen of nieuwe deeltjes waarvan de productiesnelheid verdwijnend klein is. De HL-LHC is in wezen een statistische motor: door deze te bouwen, krijgen onderzoekers de grondstoffen die ze nodig hebben om dieper in het regelboek van de natuur te duiken.

Wat ingenieurs ondergronds zullen doen

LS3 zal sterk technisch gedreven zijn. Teams zullen nieuwe supergeleidende circuits en magneetsystemen installeren en in gebruik nemen, verbeterde inner-triplet-magneten vlakbij de botsingspunten monteren, verbeterde bundelinstrumentatie inzetten en innovatieve hardware toevoegen zoals crab cavities die de effectieve overlap van botsingen verbeteren. Detector-collaboraties zullen gevoelige subsystemen — trackers, calorimeters en uitleeselektronica — vervangen of aanzienlijk upgraden, zodat ze kunnen functioneren in de intensere stralings- en pile-up-omgeving die een hogere luminositeit met zich meebrengt. Veel van deze activiteiten vereisen maandenlange ononderbroken toegang tot de infrastructuur in de cavernes en de tunnel.

Logistiek en internationale werkverdeling

Omdat de LHC en de bijbehorende experimenten internationale ondernemingen zijn, is het LS3-programma verdeeld over laboratoria en industrieën in de lidstaten en partnerinstituten. De productie van HL-LHC-componenten is in veel landen al aan de gang, en de shutdown-periode is de enige praktische tijd om deze systemen in-situ te assembleren, te verschepen, te installeren en te testen. Het schema bevat ruime marges om installaties te valideren voordat de machine opnieuw in gebruik wordt genomen, omdat de complexiteit en de energie die in de supergeleidende systemen is opgeslagen weinig ruimte laten voor fouten.

De wetenschap stopt niet in de stilte

Zelfs terwijl er geen bundels aanwezig zijn, wordt verwacht dat de wetenschappelijke output levendig blijft. Fysici zullen de enorme dataset van Run 3 analyseren en metingen, controles en zoektochten uitvoeren. Upgrades aan software, reconstructie-algoritmen en computerinfrastructuur maken inherent deel uit van de pauze: de gemeenschap gebruikt de downtime om analysepijplijnen te verbeteren, gegevens opnieuw te verwerken met betere kalibraties en nieuwe modellen te trainen voor achtergrondsubtractie en anomaliedetectie. Zoals commentatoren en de leiding van CERN hebben opgemerkt, biedt de pauze het vakgebied de kans om te verwerken wat al is verzameld en om de vragen te verfijnen die de HL-LHC zou moeten beantwoorden.

Energie, milieu en bedrijfsvoering

Grote versnellers zijn energie-intensieve faciliteiten, en CERN houdt het verbruik en de impact bij als onderdeel van de discussie over de upgrade. De organisatie heeft milieu- en energierapporten gepubliceerd waarin het jaarlijkse elektriciteitsverbruik en de doelstellingen om de groei van het verbruik te beperken worden gedetailleerd, zelfs terwijl de prestaties toenemen. Sommige onderdelen van de machine (met name de cryogene systemen die de magneten supergeleidend houden) verbruiken aanzienlijke stroom, zelfs wanneer de bundels uitstaan, dus de operationele en ecologische dimensies worden meegewogen in de planning en de duurzaamheidsstrategie.

Kosten, politiek en de toekomst van deeltjesversnellers

LS3 en de HL-LHC zijn de volgende pragmatische stap om meer fysica uit de bestaande ring te halen, maar planners schetsen tegelijkertijd al opvolgers voor de langere termijn. CERN en zijn partners hebben ontwerpstudies vrijgegeven voor een voorgestelde Future Circular Collider (FCC), een ring van ongeveer 91 kilometer die naast de LHC zou komen te liggen of deze uiteindelijk zou vervangen. Het FCC-voorstel bevindt zich in de ontwerpfase en vereist besluitvorming door de lidstaten en grote kapitaalinvesteringen voordat het van start kan gaan. Hoe landen de investeringen in de HL-LHC, toekomstige colliders en andere onderzoeksprioriteiten in evenwicht brengen, zal de routekaart voor de deeltjesfysica in de komende decennia bepalen.

Waar we op moeten letten

Let de komende 18 maanden op drie dingen: de voltooiing van de Run 3-oogst en de publicaties die daaruit volgen, voortgangsrapporten van het HL-LHC-project naarmate de tests en fabricage van belangrijke componenten worden afgerond, en de politieke agenda voor financieringsbesluiten over grotere toekomstige faciliteiten. Elk van deze zaken zal niet alleen invloed hebben op hoe de shutdown wordt uitgevoerd, maar ook op wat de gemeenschap kiest om te meten wanneer de versneller weer online wordt gebracht.

De pauze van de LHC is daarom zowel een technische uitdaging als een rustige, weloverwogen reset. De machine die in de vroege jaren 2030 herstart, zal een ander karakter hebben — gebouwd om niet sneller te gaan in energie, maar om botsingen te verzamelen met een snelheid die de instrumenten van vandaag zich nauwelijks kunnen voorstellen. Voor fysici en ingenieurs is de shutdown de plek waar de volgende generatie ontdekkingen wordt geconstrueerd, paneel voor paneel en magneet voor magneet; voor het publiek en beleidsmakers is het een herinnering dat het tijdperk van grote wetenschappelijke infrastructuur vaak wisselt tussen perioden van intensieve gegevensverzameling en langdurige, nauwgezette constructie.

Bronnen

• CERN (persberichten en schema-updates)
• High‑Luminosity LHC (HL‑LHC) projectdocumentatie en technische rapporten
• CMS Experiment communicatie en statusrapporten
• ATLAS Experiment communicatie
• LHCb Experiment communicatie