Brian Cox over de deeltjesversneller van CERN

Dit is de Large Hadron Collider. Hij heeft een omtrek van 27 kilometer. Het grootste wetenschappelijk experiment ooit is ondernomen. Meer dan tienduizend natuurkundigen en ingenieurs uit 85 landen werken tientallen jaren samen om deze machine te bouwen. We versnellen protonen -- waterstofkernen -- tot ongeveer 99,999999 % van de lichtsnelheid. Met die snelheid gaan ze die 27 km 11.000 keer per seconde rond. We laten ze botsen met een andere bundel protonen die in tegengestelde richting gaat. We laten ze in gigantische detectoren botsen.

Die werken ongeveer als digitale camera's. Hier werk ik aan: ATLAS. Om een idee te krijgen van de grootte -- je kunt nog net de mensen van normale lengte eronder zien.

(Gelach)

Het geeft je een idee van de afmeting: 44 meter breed, een diameter van 22 m, 7000 ton. We recreëren de condities zoals ze minder dan een miljardste seconde na het begin van het universum waren -- tot wel 600 miljoen keer per seconde binnenin die detector -- gigantische getallen. Als je naar die metalen onderdelen kijkt -- dat zijn immense magneten die elektrisch geladen deeltjes afbuigen, zodat we kunnen meten hoe snel ze gaan. Dit is een foto van ongeveer een jaar geleden. Die magneten zitten daarin, en ... een Europeaan van normale lengte, zodat je een idee krijgt van de schaal. Op deze plaats worden die mini-Big Bangs gemaakt, ergens deze zomer.

Ik kreeg vanmorgen zelfs een e-mail waarin stond dat we precies vandaag het laatste onderdeel van ATLAS geplaatst hebben. Sinds vandaag is het project afgerond. Ik zou graag zeggen dat ik dat speciaal voor TED gepland heb, maar dat is niet zo. Dus sinds vandaag is het af.

(Applaus)

Ja, een geweldige prestatie. Nu kun je je afvragen: waarom? Waarom de omstandigheden van minder dan een miljardste van een seconde nadat het universum begon, nabootsen? Je kunt van deeltjesfysici zeggen wat je wilt, ze zijn wel ambitieus. Het doel van deeltjesfysica is te begrijpen waar alles uit bestaat en hoe alles samenhangt. Met 'alles' bedoel ik natuurlijk jij en ik, de Aarde, de Zon, de honderd miljard zonnen in ons sterrenstelsel en de honderd miljard sterrenstelsels in het waarneembare universum. Écht alles.

Waarom kijken we er dan niet gewoon naar? Als je wilt weten waar ik uit besta, kijk dan naar mij. We kwamen erachter dat als je terugkijkt in de tijd, het universum heter en heter, dichter en dichter en simpeler en simpeler wordt. Voor zover ik weet, is daar geen echte reden voor, maar dat lijkt zo te zijn. Lang geleden, in de vroege dagen van het universum, moet het erg simpel en begrijpelijk zijn geweest. Al die complexiteit, helemaal tot aan dit mooie ding -- het menselijk brein -- zijn een eigenschap van een oud en koud en ingewikkeld universum. Helemaal aan het begin, in de eerste miljardste seconde, hebben we geobserveerd, dat het erg simpel was.

Het is bijna als... Stel je een sneeuwvlokje op je hand voor, je kijkt ernaar, het is een ontzettend gecompliceerd, mooi object. Maar als je het verwarmt, smelt het in een plasje water, en zou je kunnen zien dat het eigenlijk alleen maar uit H2O, water, bestaat. Op dezelfde manier kijken we terug in de tijd om te begrijpen waar het universum van gemaakt is. Vandaag is het hieruit opgebouwd. Slechts twaalf elementaire deeltjes, bij elkaar gehouden door vier natuurkrachten. De quarks, deze roze deeltjes, zijn de deeltjes waaruit protonen en neutronen zijn opgebouwd, de bestanddelen van de atoomkernen in je lichaam. Het elektron -- het deeltje dat om de atoomkern cirkelt -- in zijn baan gehouden door de elektromagnetische kracht die wordt overgebracht door dit deeltje: het foton. De quarks worden bij elkaar gehouden door andere deeltjes, genaamd gluonen.

Deze jongens hier, zij zijn de zwakke kernkracht, waarschijnlijk de minst bekende. Zonder die deeltjes zou de zon niet schijnen. Als de zon schijnt, worden er enorme hoeveelheden van deze deeltjes, neutrino's, uitgestoten. Als je naar de nagel van je duim kijkt -- ongeveer een vierkante centimeter: er gaan ongeveer 60 miljard neutrino's per seconde afkomstig van de zon door iedere vierkante centimeter van je lichaam. Maar je voelt ze niet, omdat de zwakke kernkracht de juiste naam heeft. Hij werkt over een erg korte afstand en is erg zwak, dus ze vliegen zo door je heen.

Deze deeltjes zijn zo'n beetje allemaal in de afgelopen eeuw ontdekt. De eerste, het elektron, werd in 1897 ontdekt en de laatste, deze, het tau neutrino, in het jaar 2000. Ik wilde zeggen: hier om de hoek in Chicago. Ik weet dat Amerika een groot land is. Om de hoek dus. Vergeleken met het universum is het om de hoek.

(Gelach)

Dit deeltje werd in het jaar 2000 ontdekt, dus dit is een relatief jong overzicht. Een van de wonderlijke dingen, is dat we ze gevonden hebben, als je je realiseert hoe klein ze zijn. Ze zijn ongelofelijk klein in verhouding tot het waarneembare universum. 100 miljard sterrenstelsels, 13.7 miljard lichtjaar bij ons vandaan -- een stap in grootte van daar tot Monterey is ongeveer gelijk aan van Montery tot deze deeltjes. Absoluut onvoorstelbaar klein, en toch hebben we min of meer de hele collectie ontdekt.

Een van mijn meest illustere voorgangers bij de universiteit van Manchester: Ernest Rutherford, ontdekker van de atoomkern, zei eens: "Alle wetenschap is ófwel fysica, ófwel postzegels verzamelen." Ik denk niet dat hij de rest van de wetenschap wilde beledigen, hoewel hij uit Nieuw Zeeland kwam, dus het zou kunnen,

(Gelach)

Hij bedoelde dat wat we daar gedaan hebben, eigenlijk postzegels verzamelen is -- Oké, we hebben deeltjes ontdekt, maar totdat je de onderliggende reden van dat patroon begrijpt -- waaróm het zo is zoals het is -- heb je eigenlijk postzegels verzameld - geen wetenschap. Gelukkig hebben we waarschijnlijk een van de grootste wetenschappelijke prestaties van de 20ste eeuw die dat patroon onderschrijft. Je kunt het zien als de wetten van Newton van de deeltjesfysica. Het heet het 'standaard model' -- een wonderlijk simpele wiskundige vergelijking. Je zou hem op een T-shirt kunnen drukken, dat altijd het teken van elegantie is. Dit is hij.

(Gelach)

Ik ben niet helemaal eerlijk geweest, want ik heb hem, helemaal in detail uitgeschreven. Deze vergelijking stelt je in staat alles -- behalve de zwaartekracht -- dat gebeurt in het universum -- te berekenen. Als je wilt weten waarom de lucht blauw is, of waarom atoomkernen bij elkaar blijven -- als je een voldoende krachtige computer hebt -- waarom DNA de vorm heeft dat het heeft. In principe kun je dat met deze vergelijking berekenen.

Maar er is een probleem. Ziet iemand wat dat is? Een fles champagne voor degene die het me kan vertellen. Ik zal het wat makkelijker maken door een van de regels te vergroten. Elk van deze termen verwijst naar enkele van de deeltjes. Dus de W's verwijzen naar de W's en hoe ze bij elkaar blijven. Voor deze dragers van de zwakke kernkracht, de Z's, geldt hetzelfde. Er is een extra symbool in de vergelijking: de H. Oké, H. De H staat voor het Higgs-deeltje. Higgs-deeltjes zijn nog niet ontdekt. Maar ze zijn nodig om de wiskunde te laten werken. Alle geweldig gedetailleerde berekeningen die we kunnen doen met die schitterende vergelijking zouden niet kunnen zonder dat extra deeltje. Het is dus een voorspelling -- een voorspelling van een nieuw deeltje.

Wat het doet? We hebben lang na kunnen denken over goede analogieën. Destijds in de jaren 80, toen we het geld voor de LHC wilden van de Engelse regering, zei Margaret Thatcher: "Als jullie kunnen uitleggen, in een taal die een politicus kan begrijpen, wat jullie in godsnaam aan het doen zijn, dan kunnen jullie het geld krijgen. Ik wil van jullie weten wat dat Higgs-deeltje doet." We bedachten een analogie die leek te werken. Higgs-deeltje geeft massa aan de fundamentele deeltjes. Het beeld is dat het hele universum -- en dat betekent niet alleen de ruimte, maar ook mijzelf en binnenin jullie -- het hele universum is gevuld met iets dat het Higgs-veld heet. Of Higgs-deeltjes, zoals je wilt.

De analogie is dat deze mensen in een kamer de Higgs-deeltjes zijn. Als een deeltje door het universum beweegt, kan het interageren met deze Higgs-deeltjes. Stel je voor dat iemand die niet erg populair is zich door de kamer beweegt. Dan negeert iedereen hem. Hij kan zich erg snel door de kamer bewegen, min of meer met de snelheid van het licht, massaloos. Stel je voor dat iemand die ongelofelijk belangrijk, populair en intelligent is de kamer binnenloopt. Hij wordt omringd door mensen, en zijn beweging door de kamer wordt belemmerd. Het is bijna alsof hij zwaar is geworden. Hij krijgt massa. Dat is precies hoe het Higgs-mechanisme werkt. Het beeld is dat de elektronen en de quarks in je lichaam en in het universum om ons heen in zekere zin zwaar zijn en massa hebben omdat ze omgeven zijn door Higgs-deeltjes. Ze interageren met het Higgs-veld.

Als deze voorstelling klopt, dan moeten we die Higgs-deeltjes vinden met de LHC. Als ze niet klopt -- het is een behoorlijk ingewikkeld mechanisme, hoewel het de simpelste is die we konden bedenken -- dan weten we dat datgene wat het werk doet van het Higgs-deeltje, moet naar voren komen met de LHC. Dat is een van de hoofdredenen om deze gigantische machine te bouwen. Ik ben blij dat jullie Margaret Thatcher herkennen. Ik wilde het wat cultureel relevanter maken, maar ... (Gelach) hoe dan ook. Dat is de ene kant. Het staat min of meer vast dat de LHC dat zal vinden.

Er zijn nog veel meer dingen. Je hebt al gehoord over veel van de grote problemen in de deeltjesfysica. Donkere materie, donkere energie. Er is een ander probleem: de krachten in de natuur -- erg mooi eigenlijk -- als je teruggaat in de tijd, lijken ze van kracht te veranderen. Dat doen ze ook echt. De elektromagnetische kracht, de kracht die ons bij elkaar houdt, wordt sterker bij hogere temperaturen. De sterke kernkracht, die atoomkernen bij elkaar houdt, wordt zwakker. In het standaard model wordt duidelijk -- je kunt berekenen hoe de krachten veranderen -- dat de drie krachten uitgenomen de zwaartekracht -- bijna bij elkaar lijken te komen in één punt. Het is bijna alsof er één, prachtige, soort van superkracht was, toen het heelal ontstond. Het is bijna alsof er één, prachtige, soort van superkracht was, toen het heelal ontstond. Ze raken elkaar net niet.

Er bestaat een theorie die supersymmetrie heet, waarin het aantal deeltjes in het standaard model verdubbelt. Op het eerste gezicht klinkt dat niet als een vereenvoudiging, maar met deze theorie zien we dat de natuurkrachten wél precies bij elkaar komen op het moment van de Big Bang. Een geweldig mooie voorspelling. Het model is daar niet voor ontworpen, maar lijkt het toch te doen. Tevens zijn die supersymmetriedeeltjes zeer goede kandidaten voor de donkere materie. Dit is dus een erg sterke theorie die wijd geaccepteerd is. Als ik er geld op zou moeten inzetten, op een heel onwetenschappelijke manier -- dat deze deeltjes ook naar voren komen met de LHC. Er zijn nog veel meer dingen die de LHC kan ontdekken.

Maar in de laatste paar minuten wil ik jullie een ander perspectief geven over wat ik denk -- wat deeltjesfysica echt voor mij betekent -- deeltjesfysica en kosmologie. Het geeft ons een wondermooi verhaal -- bijna een scheppingsverhaal -- over het universum afkomstig van de moderne wetenschap van de afgelopen tientallen jaren. Ik zou zeggen dat het, in de geest van Wade Davis' lezing, verdient genoemd te worden naast de mooie scheppingsverhalen van de volkeren van het Andesgebergte en Alaska. Dit scheppingsverhaal is voor mij net zo mooi.

Het verhaal gaat als volgt: we weten dat het universum 13.7 miljard jaar geleden begon in een immens hete en dichte staat, veel kleiner dan een enkel atoom. Het begon uit te zetten na ongeveer een miljoenste miljardste miljardste miljardste miljardste seconde -- ik denk dat ik dat goed zei -- na de Big Bang. Zwaartekracht scheidde zich van de andere krachten. Het universum onderging daarna een exponentiële vergroting die uitzetting wordt genoemd. Ergens in de eerste miljardste van een seconde werd het Higgs-veld actief en de quarks en de gluonen en de elektronen, waaruit wij bestaan, kregen massa. Het universum bleef verder uitzetten en afkoelen. Na een paar minuten, was er waterstof en helium in het universum. Dat is het. Het universum bestond voor ongeveer 75 % uit waterstof en voor 25 % uit helium. Dat is nu nog steeds zo.

Het bleef verder uitzetten, ongeveer 300 miljoen jaar lang. Toen begon er licht te reizen door het universum; het was groot genoeg om lichtdoorlatend te zijn en dat is wat wij nu als de kosmische achtergrondstraling zien, die George Smoot omschreef als "God in het gezicht kijken." Na ongeveer 400 miljoen jaar vormden zich de eerste sterren. Waterstof en helium begon te versmelten in de zwaardere elementen. De bouwstenen van leven -- koolstof, zuurstof en ijzer, alle elementen waaruit wij bestaan -- zijn ontstaan in die eerste generatie van sterren, die explodeerden toen hun brandstof op was en slingerden zwaardere elementen terug het universum in. Waarna ze weer bij elkaar kwamen in een volgende generatie sterren en planeten.

Op sommige van die planeten kon de zuurstof, die was ontstaan in die eerste generatie sterren, fuseren met waterstof om water te vormen, vloeibaar water op het oppervlak. Op tenminste één en misschien slechts op één van die planeten ontstond primitief leven, dat miljoenen jaren evolueerde tot wezens die rechtop liepen en voetstappen achterlieten, ongeveer 3.5 miljoen jaar geleden in de modderplateau's van Tanzania, en uiteindelijk voetstappen achterlieten op een andere wereld. Die beschavingen bouwden dat geweldige beeld dat van duisternis licht maakte je ziet het vanuit de ruimte. Zoals een van mijn grote helden, Carl Sagan, ooit zei, dit zijn de dingen -- en eigenlijk niet alleen deze, dit zijn de dingen, zoals de Saturn V raket en Sputnik DNA en literatuur en wetenschap. Dit zijn de dingen die waterstofatomen doen wanneer je ze 13.7 miljard jaar de tijd geeft.

Absoluut wonderbaarlijk de natuurwetten. Toch? De juiste natuurwetten zijn prachtig in evenwicht. Als de zwakke kernkracht ook maar een beetje anders was geweest, dan waren koolstof en zuurstof niet stabiel geweest in het binnenste van sterren, en waren die elementen niet voorgekomen in het universum. Ik denk dat dit een geweldig en belangrijk verhaal is. 50 jaar geleden had ik dat verhaal niet kunnen vertellen, omdat we het niet wisten. Het voelt voor mij alsof die beschaving -- die, als je het wetenschappelijke scheppingsverhaal gelooft, puur ontstaan is als het resultaat van de natuurwetten en een paar waterstofatomen -- dan voel ik me, persoonlijk in elk geval, van ongelofelijk belang.

Dit is de LHC. De LHC zal zeker na zijn opstart deze zomer het volgende hoofdstuk in dat boek schrijven. Ik kijk er zeker met immense spanning naar uit dat hij wordt aangezet. Dank u.

(Applaus)