De motor van het universum

Prof. dr. ir. Paul de Jong
Hoogleraar experimentele deeltjesfysica
Universiteit van Amsterdam

1 Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

Mijn vakgebied is de subatomaire fysica, de fysica van elementaire deeltjes en hun interacties. Daar is niets exotisch aan: alle materie, levend of dood, bestaat uit deeltjes, en de krachten tussen deeltjes vormen de motor van het universum. Het gedrag van deeltjes wordt theoretisch beschreven door een uitermate succesvol model, genaamd het Standaard Model, waarmee we van alles kunnen uitrekenen, en wat experimenteel nog uitstekend blijkt te kloppen ook. Maar er zijn twee dingen mis met het Standaard Model: het fundament, een bijzonder deeltje genaamd het Higgs-deeltje, is nog niet gevonden (en dat is alsof je een raceauto hebt zonder motor), en het Standaard Model is weliswaar heel goed in het beantwoorden van de vraag “hoe?” maar niet van de vraag “waarom?”.

De afgelopen tien jaar zijn gekenmerkt door een aantal ontwikkelingen. Neutrino’s blijken zich anders te gedragen dan gedacht, en kunnen transformeren van het ene type naar het andere, nog maar afgezien van de mogelijkheid dat ze sneller reizen dan het licht.

Het vakgebied van de kosmologie, de geschiedenis van het universum, is volwassen geworden, en kwantitatief in plaats van kwalitatief. Daarmee is ook het gebied van de astrodeeltjesfysica opgekomen: fysica van en met deeltjes uit de kosmos. Het blijkt dat 96% van de energie-inhoud van het heelal voor de huidige natuurkunde onbekend is: donkere materie beïnvloedt de structuur van het heelal, en donkere energie laat het steeds sneller uitdijen.

Wat is er voorbij het Standaard Model? Het uiteindelijke antwoord daarop kan niet met theorie alleen bedacht worden, maar moet experimenteel bestudeerd worden.

Daar vinden we de belangrijkste ontwikkeling in mijn vakgebied nu: nieuwe, hooggevoelige gereedschappen (deeltjesversnellers, detectoren, en telescopen die kijken naar deeltjes uit het heelal), die voor het eerst uitzicht bieden op antwoorden.

Voor mij is dat gereedschap de LHC, de Large Hadron Collider, bij CERN in Geneve. Ongekende energie, ongekende bundelsterkte, en de beste detectoren ooit.

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

Ten eerste op een antwoord op de vraag of het Higgs deeltje echt bestaat, en of het Standaard Model inderdaad een fundament heeft zoals wij denken, of dat er toch iets grondig mis is. De eerste hints van de LHC dat het Higgs deeltje bestaat zijn er, maar eind 2012 weten we meer. Daarnaast hoop ik op experimentele aanwijzingen over wat er achter het Standaard Model moet bestaan, en openingen naar antwoorden op de vraag “waarom?”. Mogelijke openingen zijn: een nieuw deeltje, een nieuwe kracht, een nieuwe symmetrie, nieuwe ruimte-tijd-dimensies, of gedrag van een deeltje in flagrante tegenspraak met het Standaard Model.

Iets waarmee we verder kunnen en dat zowel antwoorden geeft als nieuwe vragen oproept. Donkere materie in het heelal is waarschijnlijk een nieuw en onbekend deeltje. Met onze nieuwe gereedschappen kunnen we het gaan bestuderen en leggen we de meeste hypotheses erover op de pijnbank.

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Ik denk dat de waarde van mijn vakgebied op drie niveaus ligt:

1) Cultureel: fundamenteel onderzoek naar materie, krachten, ruimte en tijd maakt ons bewust van onze plek in het heelal, en draagt bij aan onze eigen zoektocht naar wie wij zijn, wat onze geschiedenis was en wat onze toekomst zal zijn.

Het geeft geen exclusief antwoord en misschien geen troost, maar het geeft belangrijke inzichten in de bijzonderheid van de aarde en van het leven, de immense schoonheid ervan, en de gevaren die ons bedreigen.

Nieuwsgierigheid is ook een overlevingsstrategie van de mensheid. Kinderen zijn het intuïtief, sommige volwassenen raken het gelukkig nooit kwijt.

2) Technologisch: fundamenteel onderzoek werkt aan de rand van kennis, en eist altijd het beste van de technologie. Andersom heeft de technologie baat bij de nieuwste fundamentele kennis om betere producten te maken. Deze kennis-technologie-spiraal is de basis van innovatie, en de toekomst van Nederland is gebaat bij blijven investeren in fundamenteel onderzoek.

Er is berekend dat voor iedere geïnvesteerde euro in high-technology er drie a vier terugkomen. Deeltjesversnellers en deeltjesdetectoren worden gebruikt in medische toepassingen, in de chipindustrie, in de beveiligingsbranche, in biologisch en materiaalonderzoek, en verder.

3) Mensen: er is geen betere opleiding dan een paar jaar in de kracht van je leven investeren in fundamenteel onderzoek, op de grens van het onbekende, in een stimulerend internationaal klimaat. De meesten van onze studenten gaan na hun master- of doctorstitel de maatschappij in, gelukkig weten bedrijven een dergelijke opleiding te waarderen: analytisch denken over complexe problemen, enthousiasmeren, en een kritische, constructieve houding.

Deze mensen bepalen de toekomst van Nederland, door hun vermogen om oplossingen te vinden voor uitdagingen.


Andere bijdragen in Elementaire deeltjes, Het heelal, Natuur- en Sterrenkunde