Vloeisstoffysicus Detlef Lohse bewijst in Den Haag het belang van bubbels in champagne en stelde zijn toeschouwers voor aan knallende garnalen en lichtgevende bellen. Ter ere van de vijfentwintigste aflevering van lezingreeks ‘Spinoza te paard’ toonde de hoogleraar de spectaculaire kanten van zijn spetterende vakgebied.

Baanbrekende en inspirerende wetenschappers in Nederland kunnen de NWO-Spinozapremie winnen, waarna ze tweeënhalf miljoen euro mogen besteden aan onderzoek naar keuze. Bij de maandelijkse lezingen over wetenschap bij ‘Spinoza te paard’ spreken deze topwetenschappers over hun vakgebied. De beurt was nu aan Detlef Lohse, winnaar uit 2005, die werkzaam is bij de vakgroep Physics of Fluids aan de Universiteit Twente. Lohse studeerde oorspronkelijk als kernfysicus af, maar stapte over op de vloeistoffysica, omdat hij daarin meer toekomst zag: ‘Hier kun je ook als enkeling vooruitgang boeken. Je bent niet alleen een klein radertje in een geheel.’

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
LEES OOK

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’

Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...

Toen Lohse met vloeistoffysica begon, waren er nauwelijks digitale camera’s. Inmiddels ontwikkelde zijn vakgroep de snelste camera ter wereld. De Brandaris 128-camera is een van de gevoeligste in zijn soort, en legt vijfentwintig miljoen beelden per seconde vast. De technologische vooruitgang zorgt voor veel meer beschikbare data over de eigenschappen van gassen en vloeistoffen, en hiermee zijn bubbelpuzzels, zoals Lohse ze noemt, eindelijk op te lossen.

Knalhard
Een bekend onderzoek van Lohse is dat van de pistoolgarnaal . Het diertje is een van de luidste waterorganismen. Het klikken van zijn schaar verstoort zelfs de communicatie van onderzeeërs. Lohse toonde aan dat de schaar zo snel sluit dat het water met dertig meter per seconde wegschiet. Hierbij ontstaat een bel, die daarna snel implodeert. Dit veroorzaakt het knalharde geluid. Het dier verdooft zijn prooidieren met de bijbehorende geluidsgolven.

Geluid lijkt de rode draad in Lohse’s onderzoek. Hij werkt bijvoorbeeld met sonoluminescentie, waarbij een schijnbaar onschuldige luchtbel licht kan geven. Bij het onderzoek laten geluidsgolven een bel trillen in water. Hierdoor verandert de aanwezige druk. Een hoge druk laat de bel ineenkrimpen. Dit veroorzaakt een enorme hitte en de bel kan temperaturen van rond de 15.000 ⁰C bereiken. De zuurstof- en stikstofmoleculen in de bel splitsen door de temperatuur op en hun reactieproducten lossen op in het water. Wat overblijft is het gas argon, en dat ioniseert. Bij de recombinatie van ionen en elektronen ontstaat licht.

Volgens Lohse kunnen de toeschouwers een soortgelijk onderzoek ook thuis uitvoeren, en ligt daar meteen de aantrekkingskracht van zijn vakgebied. ‘Het is een visueel vakgebied, het doet iets met je verbeelding. Wat men moet weten van de vloeistoffysica is dat de toepassingen vaak dichtbij zijn, ze liggen vlak om de hoek.’

Drijfzand

Ter illustratie vertoont Lohse tijdens de lezing een aantal medische toepassingen van bellen, zoals een verbeterde vorm van echografie. Ultrasone golven reizen door het lichaam en weerkaatsen op diverse soorten weefsel. Zo kunnen artsen een beeld krijgen van de Detlefinwendige toestand. Bloed, bijvoorbeeld zichtbaar bij een infarct, weerkaatst het ultrasone geluid niet goed. Kleine belletjes leveren hier een oplossing. De arts kan ongevaarlijke luchtbelletjes bij de patiënt inspuiten en deze zorgen voor een contrastrijker beeld. Deze bellen zijn vaak kleiner dan een bloedcel. Er zit een laag van bijvoorbeeld eiwit of vet omheen, zodat ze niet kunnen oplossen of clusteren. De arts moet wel een beetje opschieten met het onderzoek, want de bellen trillen tijdens de echo en verhitten zo het lichaam.

De avond eindigt met een vergelijking tussen het gedrag van vloeistoffen en inslagpatronen in zand. De snelle werking van drijfzand legt de wetenschapper uit aan de hand van een stukje uit de klassieker Lawrence of Arabia. In de film zakt een personage te langzaam weg, het komt niet overeen met de werkelijkheid. Terwijl op het projectiescherm het hoofd van het slachtoffer onder het zand verdwijnt, wijst Lohse vrolijk op de positieve kant:
‘Maar er ontstaat wel een hele leuke krater.’

Maud Etman