Natuurkundige Stan Bentvelsen en wetenschapsjournalist Martijn van Calmthout gaan al een tijdje mee in de wetenschap. Maar tien jaar na de ontdekking van het higgsdeeltje is hun enthousiasme over die ontdekking nog niet verstomd. Ze schreven er een boek over.
Tien jaar na een van de grootste wetenschappelijke ontdekkingen van de afgelopen eeuw, de vondst van het higgsdeeltje, ligt er een boek in de winkel met dit deeltje als hoofdrolspeler. Het is van de hand van Stan Bentvelsen, een van de wetenschappers die het deeltje tevoorschijn toverden, en Martijn van Calmthout, die als wetenschapsjournalist bij de Volkskrant over de vondst rapporteerde.
Het eiland dat Higgs heet gaat over de vondst van het deeltje en wat er daarna nog te ontdekken valt aan de allerkleinste deeltjes in het universum. Een reis door het oneindig kleine.
Dit quantumexperiment kan bewijs opleveren voor het multiversum
Met exotische quantummaterie kunnen we erachter komen of ons heelal het enige is, of een van de vele bubbels in een kosmisch bubbelbad.
Al in 1964 voorspelde de Brit Peter Higgs (nu 93) dat er een deeltje moet zijn dat alle materie massa geeft. Na een queeste van bijna vijftig jaar was het op 4 juli 2012 eindelijk zover. Het deeltje kwam tevoorschijn met behulp van de zogenoemde Large Hadron Collider, de ondergrondse deeltjesversneller van natuurkundeinstituut CERN in Genève.
Waar waren jullie op 4 juli 2012?
Bentvelsen: ‘Ik maakte deel uit van de onderzoeksgroep van de ATLAS-detector op CERN. Ik wist sinds eind juni al dat we het higgsdeeltje hadden ontdekt. Maar dat moest nog wel worden bekendgemaakt. Op 3 juli was ik nog op Sicilië om Peter Higgs te interviewen voor een documentaire over een heel ander onderwerp. Ik hield mijn kaken op elkaar, mocht nog niks vertellen over onze ontdekking. Op een gegeven moment kreeg Higgs een telefoontje vanuit CERN, of hij langs wilde komen. Maar Higgs, toen 83, was moe en wilde terug naar Schotland. Toen zei ik: ‘Ik zou maar gaan als ik jou was.’ Hij is naar CERN vertrokken en ik naar Amsterdam, om hier in de ochtend van 4 juli de aankondiging te zien. Het was een bijzonder emotioneel moment.’
Van Calmthout: ‘Ik zat op het Science Park in Amsterdam, in de zaal te wachten op een presentatie vanuit CERN. Iedereen voelde wel aan dat het heel serieus was. Ik had eerder geprobeerd wetenschappers hun mond voorbij te laten praten, maar dat was niet gelukt.’
Stan Bentvelsen, wat was uw rol bij de ontdekking van het deeltje?
Bentvelsen: ‘De Nederlandse inbreng op CERN viel onder mijn verantwoordelijkheid. Wij hebben hier in Amsterdam een groot deel van de ATLAS-detector gebouwd. Een gevaarte van 43 meter lang, zo groot als het Paleis op de Dam. We dachten natuurlijk hard na over hoe we dat deeltje te pakken konden krijgen in de detector.’
Wat is het higgsdeeltje nou precies?
Van Calmthout: ‘Om je een beeld te geven van de grootte, kijken we naar het eenvoudige waterstofatoom, met één proton, de kern, en één elektron. Het atoom is ongeveer 40 miljoenste van een miljoenste meter groot. Een proton ten opzichte van het hele atoom is als een vlieg in een kathedraal. Als je een proton opblaast tot een voetbal, en die leg je neer op de stip van de Arena, zweeft het elektron er via Almere en Zandvoort omheen. Met andere woorden: het atoom is grotendeels leeg. Het grootste deel van de materie in het heelal is leeg.’
Bentvelsen: ‘Wij deeltjesfysici zoomen weer verder in op de atoomkern, waar de allerkleinste, elementaire deeltjes zitten. Die deeltjes hebben van zichzelf geen massa, maar krijgen die ingefluisterd door het higgsdeeltje. De gedachte is: het vacuüm in de kern is niet leeg, maar gevuld met een bepaalde stroperige substantie waar de elementaire deeltjes doorheen moeten ploegen. Die substantie is het higgsveld, met daarin het higgsdeeltje. De mate waarin de deeltjes worden afgeremd, noem je massa. Hoe sterker de remming, hoe groter de massa.’
Hoe moeten we ons het higgsdeeltje voorstellen?
Van Calmthout: ‘Het is ongrijpbaar. Het is als het zoeken naar een speld in tien miljoen hooibergen. Het ontstaat en valt dan heel snel weer uit elkaar in elementaire deeltjes die we wel kennen. Die ‘vervalproducten’ zijn aanwijzingen dat er een higgsdeeltje is. Na eindeloos meten zie je uiteindelijk een piek in de grafiek, waarin alle botsingen zijn verwerkt. Dat is het higgsdeeltje. Sommige wetenschappers zeggen dan ook: higgs is de piek in de grafiek.’
Hoe werkt de deeltjesversneller op CERN?
Van Calmthout: ‘De versneller is een machine om zo hard mogelijk protonen op elkaar te schieten. Dat begint allemaal letterlijk met een rood flesje waterstofgas. Uit waterstofatomen halen we onze protonen, die in de versnellerbuis worden gebracht. Met elektrische velden kun je die plukjes protonen telkens een duw geven. Als een kind op de schommel. Harder en harder tot aan de lichtsnelheid.
De buis van de Large Hadron Collider is 27 kilometer lang. Die protonen maken 11.000 rondjes per seconde. Om ze te laten botsen, sturen we een deel links- en een deel rechtsom. Grote magneten houden de protonen in hun baan. Op een paar kruispunten, ter hoogte van detectoren, laten we de protonen botsen en begint het waarnemen.’
Bentvelsen: ‘Het is alsof twee wekkers op elkaar knallen, waarna een wolk van radertjes, glas en veertjes alle kanten opspat. Als uit een doos van Pandora komen allerlei nieuwe deeltjes tevoorschijn uit de botsing. Probeer daaruit maar eens af te leiden hoe een wekker werkt. Want daar draait het om: hoe werken de deeltjes die de materie vormen?’
Wat brengt de toekomst?
Bentvelsen: ‘De materie die wij kennen, vormt maar 5 procent van het heelal. De rest is onbekend spul, donkere materie en energie. We missen nog heel veel van de puzzel. Op CERN wordt nu gepraat over een nog snellere deeltjesversneller, de zogenoemd Future Circular Collider.’
Van Calmthout: ‘Er zijn ook andere manieren om de geheimen van de kosmos te ontrafelen. In het bergmassief Gran Sasso d’Italia ligt een ondergronds laboratorium waarin men onbekende elementaire deeltjes uit de kosmos probeert te vangen in een grote tank die is gevuld met het edelgas xenon.
Wij hopen dat straks in Limburg de Einsteintelescoop verrijst. Dat is eigenlijk een groot oor waarmee we naar zwaartekrachtsgolven uit alle uithoeken van het universum kunnen luisteren. Die golven ontstaan doordat heel ver weg bijvoorbeeld twee zwarte gaten op elkaar klappen. Daarmee kunnen we de zwaartekrachttheorie van Einstein toetsen.’
Bentvelsen: ‘We zijn nu een bidbook aan het maken voor de Einsteintelescoop, dat moet in 2025 klaar zijn. Als het doorgaat, gaan we in 2026 graven en tien jaar later hopen we dan de eerste trillingen uit het heelal te beluisteren.’
Stan Bentvelsen is hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam en directeur van het nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef. Van 1994 tot 2000 was hij verbonden aan CERN. Martijn van Calmthout werkt als voorlichter bij Nikhef.
