In de Diepte: Reis naar de kern

Waar is alle materie uit opgebouwd, en welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Wat is antimaterie, en wat heeft quantumtheorie daarmee te maken? In Reis naar de kern neemt Ivo van Vulpen, deeltjesonderzoeker bij CERN in Genève en verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, je mee langs al deze grote vragen. Je denkt misschien dat dat ver van je normale belevingswereld afstaat, maar al deze inzichten worden dagelijks gebruikt. Van de GPS op je telefoon, tot de scanners in ziekenhuizen.. Over Reis naar de Kern Na Terug naar de Oerknal met Govert Schilling en Baan door het Brein met Iris Sommer is het nu tijd voor een nieuw avontuur: Reis naar de kern. Een fascinerende duik in de wereld van de allerkleinste deeltjes, waar de allergrootste vragen worden beantwoord. In vijf afleveringen zoomen we in op de wereld van het atoom, de quantummechanica, antimaterie en de ontdekking van het Higgs Boson. Reis naar de Kern is een podcast van BNR. Tekst en presentatie: Ivo van Vulpen. Concept: Connor Clerx. Eindredactie: Annick van der Leeuw. Montage: Gijs Friesen en Connor Clerx. Sounddesign en mixage: Gijs Friesen. Over Ivo Ivo van Vulpen is als deeltjesfysicus werkzaam aan de Universiteit van Amsterdam, het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en hij doet onderzoek bij de deeltjesversneller (Large Hadron Collider) bij CERN in Genève. Hij is hoogleraar Wetenschapscommunicatie, in het bijzonder betreffende de natuurkunde, aan de Universiteit Leiden. In 2018 verscheen zijn eerste boek: De melodie van de natuur. Lees ook dit artikel op BNR.nl Transcript aflevering In een verhaal over de wereld van de het allerkleinste heb je de enorme luxe dat je kunt kiezen uit een lange lijst van belangrijke ontdekkingen, nieuwe inzichten, Nobelprijzen en toepassingen die de basis vormen van onze samenleving. En ook de lijst van beroemde wetenschappers is eindeloos met de ‘onsterfelijken’ als Newton, Einstein en Curie als de wetenschappelijke equivalenten van sporthelden als Messi, Michael Jordan en Femke Bol. Het is verleidelijk om het in een verhaal over de wetenschap alleen te hebben over de succesverhalen. Dat is ook vaak hoe het grote publiek kennis maakt met de wetenschap in kranten en het nieuws. Maar zo’n aaneenschakeling van doorbraken door eenlingen als een ‘logische’ ketting geeft een verkeerd beeld van de wetenschap. Zo werkt het niet. Nieuwe inzichten komen niet spontaan uit de lucht vallen. Ze zijn het resultaat van een lange zoektocht van heel veel mensen. Met veel vallen en opstaan. Sommige ideeën bleken waar en zijn inderdaad gepromoveerd tot natuurwetten, maar de meeste experimenten mislukten of leverden geen nieuwe kennis op en zijn in de vergetelheid geraakt, net als hun bedenkers.  De wetenschap draait primair op nieuwsgierigheid en onzekerheid. Zoeken naar antwoorden van dingen die we niet begrijpen. Dat is zo in elke tak van de wetenschap. En dat was honderd jaar geleden zo, dat is nu zo en dat zal altijd zo blijven. In de vorige aflevering hebben we met de ontdekking van het Higgs boson namelijk wel het randje van de kennis bereikt, maar als ik met een schuin oog naar de lijst van open vragen kijk is duidelijk dat het Standaard Model waar ik de afgelopen afleveringen zo hoog van opgaf absoluut niet het laatste woord is wat betreft de werking van de natuur. Dat staan op de rand van de kennis kun je het best voorstellen alsof je in een donkere kamer bent waarin een lamp hoog boven je alleen een cirkel van de vloer zichtbaar maakt. In deze aflevering gaan we het niet hebben over dingen die we al weten, maar juist over de dingen die we niet weten. We gaan dus niet zelfvoldaan vanaf de rand naar het midden van de verlichte cirkel kijken om te vertellen wat we daar allemaal voor moois zien. We draaien ons juist om en kijken samen het donker in en fantaseren over al het moois dat daar nog op ons ligt te wachten. Het onderzoeken van de natuur en het steeds verder verfijnen van ons beeld over hoe de natuur werkt is interessant, maar het draait uiteindelijk om de momenten waar het juist niet lekker past. Het moment dat je iets ziet dat in tegenspraak is met de bestaande natuurwetten. Dingen die helemaal niet mogen, of niet kunnen, dingen die je niet verwacht … en die toch gebeuren. Als we een patroon zien dat niet voorspeld wordt en waar dus wel iets achter moet zitten. Sommige van deze anomalieën zijn als het dorpje van Asterix en Obelix waarvan het maar niet lukt om het te veroveren. Verklaringen bedenken vereist creativiteit en gaat vaak samen met de introductie van nieuwe concepten, nieuwe principes, nieuwe krachten of nieuwe deeltjes. En dat is nog helemaal niet zo makkelijk. Het vraagt een enorme creativiteit, talent en durf om een schets te maken van een wereld die nog niemand heeft gezien. En van al die ‘kaarten van de nieuwe wereld’ die worden bedacht kan er natuurlijk op zijn hoogst maar één waar zijn. Maar ja, welke?  Wat we wel zeker weten is dat er genoeg dingen zijn die we nog niet weten. Dat zijn de problemen en raadsels waar ik en mijn collega’s van wakker liggen. Dat vertelt ons dat er nog enorm veel te ontdekken is daar in dat donker buiten die verlichte cirkel. Neem bijvoorbeeld het probleem van donkere materie. Want hoewel we vaak pretenderen dat we precies weten waar alles in het heelal uit op is gebouwd (sterren, planeten, gaswolken, zwarte gaten etc.), weten we ook dat voor elke kilo die we kennen er zo’n vijf kilo van spul, stof, ‘iets’ is dat we niet kennen. En omdat we niet weten wat het is noemen we het maar ‘donkere materie’. Het is een vreemde situatie, want het betekent dat we echt het overgrote deel niet kennen. Wat het extra interessant maakt is dat we weten dat het niet een van de deeltjes is die we al kennen. Maar ja, wat is het dan wel?  En als we het over onzichtbare massa hebben, dan moet ik ook maar gelijk doorpakken en eerlijk bekennen dat we de helft van het heelal kwijt zijn. Er is namelijk geen anti-materie in het heelal te vinden. En dat is vreemd, want in onze theorie zijn materie en antimaterie altijd keurig in evenwicht. Als we op cern een nieuw deeltje maken, dan wordt er ook altijd een antideeltje gemaakt. Vijf deeltjes, dan ook vijf anti-deeltjes etc. Maar waar is dan die anti-materie dan gebleven? Was er bij de oerknal dan misschien toch een klein overschot van materie, of gedragen ze zich toch niet pre-cies hetzelfde. Of zijn we de helft gewoon ‘kwijt’? Belangrijk om te weten, want zonder die asymmetrie was ook alle materie verdwenen en waren we er niet eens geweest. Naast het probleem van de donkere materie en de verdwenen anti-materie zijn er ook nog de meer existentiële ‘waarom’-vragen. In het Standaard Model hebben alle deeltjes keurig hun plek, maar waarom zijn er eigenlijk drie families van deeltjes? Waarom niet gewoon ééntje? Daarmee kun je immers alle atomen maken, dus waar heb je de rest dan nog voor nodig? En over het Higgs deeltje gesproken: we weten nu dat deeltjes massa hebben, maar waarom hebben ze de massa die ze hebben? Er is geen enkel mechanisme dat dat patroon verklaart, maar iets moet die massa’s toch gezet hebben. Hoewel we nog geen antwoorden hebben, hebben we de afgelopen jaren natuurlijk niet stilgezeten. We hebben nagedacht over mogelijke verklaringen (nieuwe deeltjes, nieuwe krachten en nieuwe fenomenen) en hebben experimenten bedacht om die te onderzoeken: Zoals hopelijk al duidelijk is geworden zijn wij wetenschappers een enorm optimistisch volkje en we zijn er dan ook heilig van overtuigd dat we in de komende jaren de antwoorden gaan vinden op een aantal van de grote vragen. Nederland is een belangrijke speler en we doen mee met onderzoek op de gekste plekken: bij het onderzoek naar kosmische neutrino’s vanaf de bodem van de Middellandse Zee, bij experimenten bij de deeltjesversneller in Genève en de zoektocht naar zoeken naar de minieme signalen van de zwaartekrachtsgolven geproduceerd door botsende zwarte gaten en neutronensterren. We kunnen uren praten over de verschillende ideeën, maar ik denk dat het verstandig is om te kiezen voor een insteek waarbij we focussen op één onderwerp. Ik kan me goed voorstellen dat je ook meer zou willen weten over extra ruimte-dimensies, het samensmelten van krachten of het bestaan van een spiegelwereld, maar dat kunnen we op een ander moment doen. Nu zoomen we in op een van de meest prangende vragen: het mysterie van de donkere materie. Er zweeft dus, blijkbaar, meer materie in het heelal rond dan we kunnen zien (de donkere materie) en de vraag of dit een nieuw deeltje is of dat het toch anders zit is, is een van de grootste open vragen in de natuurkunde.  Een van de aanwijzingen dat er iets niet klopt is bij de rotatie van sterren in sterrenstelsels. Dankzij Newton weten we al honderden jaren precies hoe zware objecten bewegen met als beroemdste voorbeeld het draaien van de planeten om de zon in ons eigen zonnestelsel. Zelfs als je de zon niet zou kunnen zien zou je uit de draaiing van de planeten kunnen afleiden dat de planeten om iets zwaars heen draaien en ook hoe zwaar dat object is. Triviaal en die methode zou ook net zo goed moeten werken bij het draaien van sterren in sterrenstelsels. Maar tot ieders verbazing bleek dat er helemaal niets van klopte. We kunnen alle sterren in het midden van de sterrenhoop goed zien, maar die hebben samen niet genoeg massa om de grote snelheid van de sterren aan de rand te verklaren. Er moet dus massa zijn die we niet kunnen zien. De laatste jaren is er nog meer indirect bewijs gekomen. Het eerste element dat gemaakt werd in het vroege heelal was waterstof. Dat is vervolgens, onder invloed van zwaartekracht, langzaam gaan samenklonteren tot objecten als sterren, planeten en grotere structuren. Daar is verder niets magisch aan, maar volgens computersimulaties gaat dat samenklonteren veel en veel langzamer dan we zien in ons eigen heelal. Maar, en nu komt het, als je in je simulaties net doet of die donke

Waar is alle materie uit opgebouwd, en welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Wat is antimaterie, en wat heeft quantumtheorie daarmee te maken? In Reis naar de kern neemt Ivo van Vulpen, deeltjesonderzoeker bij CERN in Genève en verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, je mee langs al deze grote vragen. Je denkt misschien dat dat ver van je normale belevingswereld afstaat, maar al deze inzichten worden dagelijks gebruikt. Van de GPS op je telefoon, tot de scanners in ziekenhuizen.. Over Reis naar de Kern Na Terug naar de Oerknal met Govert Schilling en Baan door het Brein met Iris Sommer is het nu tijd voor een nieuw avontuur: Reis naar de kern. Een fascinerende duik in de wereld van de allerkleinste deeltjes, waar de allergrootste vragen worden beantwoord. In vijf afleveringen zoomen we in op de wereld van het atoom, de quantummechanica, antimaterie en de ontdekking van het Higgs Boson. Reis naar de Kern is een podcast van BNR. Tekst en presentatie: Ivo van Vulpen. Concept: Connor Clerx. Eindredactie: Annick van der Leeuw. Montage: Gijs Friesen en Connor Clerx. Sounddesign en mixage: Gijs Friesen. Over Ivo Ivo van Vulpen is als deeltjesfysicus werkzaam aan de Universiteit van Amsterdam, het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en hij doet onderzoek bij de deeltjesversneller (Large Hadron Collider) bij CERN in Genève. Hij is hoogleraar Wetenschapscommunicatie, in het bijzonder betreffende de natuurkunde, aan de Universiteit Leiden. In 2018 verscheen zijn eerste boek: De melodie van de natuur. Lees ook dit artikel op BNR.nl Transcript aflevering Hoewel die reis naar de wereld van het allerkleinste een avontuur is met een enorm rijk verleden (die ons veel nieuwe inzichten en toepassingen heeft gebracht) is het belangrijk om niet té lang in het verleden te blijven hangen. Laten we de stap maken naar het nu, naar het onderzoek van de 21e eeuw. Wat zijn bijvoorbeeld de laatste grote ontdekkingen geweest en wat zijn de raadsels waar wij als wetenschappers op dit moment van wakker liggen. In de vorige aflevering hebben we het Standaard Model leren kennen, dat bouwwerk dat zowel  alle bouwstenen als natuurkrachten bevat. Het blootleggen hiervan is een  fe-no-me-nale prestatie, maar hoe mooi en stevig het Standaard Model ook leek, het bleek helemaal geen stevig fundament te hebben en bovendien was het alsof het gebouw er wel stond, maar er geen cement tussen de stenen zat. In deze vierde aflevering van onze reis gaan we op zoek naar dat onzichtbare cement dat de boel bij elkaar houdt. Het blijkt inderdaad te bestaan. Het draait allemaal om het beroemde Higgs-deeltje. Wat maakte dit idee nou zo bijzonder dat wetenschappers van over de hele wereld, in dit geval bij cern, het Europees centrum voor deeltjesfysica, er samen naar op zoek zijn gegaan. En waarom heeft het meer dan 60 jaar geduurd om het te vinden? Natuurlijk was het mooi dat het een Nobelprijs opleverde, maar nog belangrijker voor ons als wetenschappers was dat het ervoor zorgde dat het Standaard Model vanaf dat moment wél stevig stond. Hierdoor veranderde niet alleen de manier waarop we naar de natuur keken, maar het zorgde er ook voor dat we ’s nachts niet meer wakker lagen van de vraag: ‘Hoe zit het nou eigenlijk echt?’. Om het probleem en de oplossing van Peter Higgs beter te begrijpen moeten we eerst kort van het hoofdpad af. We slaan een klein zijpaadje in zodat ik even kort wat kan vertellen over de manier waarop natuurkundigen hun theorieën vormgeven. Als je probeert het gedrag van mensen te begrijpen en te voorspellen dan kom je er snel achter dat dat enorm complex is. Menselijk gedrag hangt van ontzettend veel dingen af zoals leeftijd, geslacht, uiterlijk en karaktereigenschappen, maar ook van de geschreven, en ongeschreven, regels van de cultuur van het bedrijf of land waarin een ontmoeting plaatsvindt. Psychologie is een ingewikkeld en belangrijk vak. Wij natuurkundigen doen hetzelfde, maar dan met de natuur in plaats van de mens. En wij hebben het veel makkelijker dan de psychologen omdat de deeltjes maar een klein aantal eigenschappen hebben en de natuurwetten universeel en onveranderlijk zijn. De taal die wij gebruiken om de regels en het verhaal van de natuur te  beschrijven bestaat niet uit woorden en zinnen, maar uit wiskundige formules. Het grote voordeel daarvan is dat het een universele taal is zonder ambiguïteiten. Tegelijkertijd is het ook een taal die weinig mensen buiten de wetenschap beheersen. En dat is jammer, want daarmee blijft de betekenis en schoonheid van het verhaal verborgen. Een voorbeeld: als ik je een Japanse tekst laat zien en je vraag of het een regel is uit de Japanse belastingalmanak, een regel uit een vertaald gedicht van Pablo Neruda of een uit het kinderboek Nijntje aan zee dan zeg je waarschijnlijk ‘Die vraag kan ik niet beantwoorden, want ik kan geen Japans schrift niet lezen.’ Tegelijkertijd weet je ook dat Japanse schoolkinderen de vraag wel kunnen beantwoorden en de regel zonder probleem voor je kunnen vertalen. In het geval van Nijntje is zo’n simpele vertaling genoeg, maar als het een gedicht of verhaal is dan is er meer nodig om door te dringen tot de essentie van wat er verteld wordt: context, cultuur, inzichten. Hetzelfde geldt voor formules. Ook die komen in allerlei soorten en maten: van trivialiteiten tot formulering met onpeilbare dieptes en verborgen inzichten. Om een voorbeeld te geven, pas ja-ren nadat Einstein zijn formules over de zwaartekracht had opgeschreven bleek dat het heelal altijd zou uitdijen en dat er zwarte gaten zouden moeten bestaan. Ook bij de formules van het Standaard Model werd er iets ongemakkelijks zichtbaar. Meer concreet: het bleek dat volgens de theorie deeltjes geen massa mochten hebben. En dat is een probleem. Een heel groot probleem. Deeltjes hebben namelijk gewoon wel massa. Dat zien we elke dag als we op de weegschaal staan, maar iets breder: als deeltjes geen massa zouden hebben dan waren ze in ons heelal nooit samengeklonterd onder invloed van de zwaartekracht tot de sterren en planeten die we nu hebben. En dan waren wij er ook zelf nooit geweest, want in zo’n massaloze wereld beweegt alles met de lichtsnelheid en kunnen atomen niet bestaan. Om een lang verhaal kort te maken: De Britse natuurkundige Peter Higgs ontdekte dat er een manier was om de theorie iets aan te passen zodat deeltjes toch massa konden hebben. Een oplossing die het bouwwerk stevig bij elkaar hield: het onzichtbare cement.  De essentie van zijn idee, dat bekend staat als het Higgs mechanisme, is dat de ruimte, het hele heelal dus, gevuld is met iets dat we als mensen niet kunnen ruiken, zien, proeven, horen of voelen, maar waarvan deeltjes wél merken dat het er is. Voor deeltjes is dat Higgs veld net als wat water is voor vissen. Het is overal om ze heen en sommige vissen bewegen makkelijker door het water dan andere. Dat is ook precies wat sommige deeltjes licht maakt en andere zwaar. Een mooie oplossing voor het probleem van massa, …. maar ja, hoe gingen we bewijzen dat dit ook echt waar is. Je kunt natuurlijk van alles verzinnen.  De zoektocht naar dit zogenaamde Higgs-veld dat in de lege ruimte verborgen zou zitten had enorm veel voeten in de aarde. Een voorspelling was dat als dit veld inderdaad bestond er in deeltjesversnellers naast alle bekende deeltjes heel af en toe nog één ander deeltje geproduceerd zou worden. Een deeltje met een unieke vingerafdruk. Als dat zo is dan zouden we dat wel kunnen vinden natuurlijk, want laat deeltjes zoeken in botsingen nou net onze core business zijn. Toch zou het nog zo’n vijftig jaar duren voor alle ingrediënten aanwezig waren: deeltjesversnellers met genoeg energie, detectieapparatuur die nauwkeurig genoeg was en, niet onbelangrijk, het samenwerken van duizenden wetenschappers vanuit de hele wereld. Zo’n plek bestaat en rond 2010 viel alles op zijn plek.  Dé plek waar deeltjesfysici van over de hele wereld al meer dan vijftig jaar samenkomen om onderzoek te doen naar de wereld van het allerkleinste is cern, het Europees onderzoekscentrum voor de deeltjesfysica in de buurt van Genève. Het is iets meer dan een vierkante kilometer groot en ligt tussen de stad en de laatste uitlopers van het Jura-gebergte. Een plek met een haast mythische status, maar het is tegelijk ook gewoon een Science Park zoals er zoveel zijn in de wereld. Een plek waar elk jaar honderden promovendi opgeleid worden en waar wetenschappers van over de hele wereld samenkomen om, vrij van politiek, samen te werken en te overleggen. Zelf was ik vrij snel verkocht na mijn eerste kennismaking met cern. Ik werd geselecteerd als cern-zomerstudent. Een life changing experience waarbij mijn wereld in één klap groeide van Utrecht en Nederland naar de hele wereld. Elke zomer komen er namelijk vanuit elke land dat aangesloten is bij CERN een paar studenten drie maanden naar Genève om daar les te krijgen van de toppers in het vakgebied en om mee te draaien in een ‘echte’ onderzoeksgroep. Ineens werkte ik in de groep van een vrolijke Noor met een Italiaanse technicus en zat ik in de collegebanken en bij de lunch met studenten uit Noorwegen, Griekenland, Zweden en Portugal warm te eten: Espen, Georgios, Anna en João: de wereld in het klein. Ik vond het schitterend! Studenten die net als ik ook enorm van dat ene stukje natuurkunde hielden waardoor de culturele en taalverschillen als sneeuw voor de zon verdwenen. Voor mij is cern de belichaming van de ongekende mogelijkheden als we wereldwijd samenwerken aan een gedeelde droom. Het heeft daarmee een rol die groter is dan alleen het onderzoek zelf en ik ben altijd enorm trots dat ik daar deel van uit mag maken. Om het Higgs deeltje te kunnen maken, als het überhaupt bestaat natuurlijk, moet je met enorm veel energie deeltjes op elkaar botsen. En dat komt goed uit, want op CERN staat de krachtigste deeltjesversneller op aarde: de Large Hadron Collider, de LHC. Het is een 27 kilomete

Waar is alle materie uit opgebouwd, en welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Wat is antimaterie, en wat heeft quantumtheorie daarmee te maken? In Reis naar de kern neemt Ivo van Vulpen, deeltjesonderzoeker bij CERN in Genève en verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, je mee langs al deze grote vragen. Je denkt misschien dat dat ver van je normale belevingswereld afstaat, maar al deze inzichten worden dagelijks gebruikt. Van de GPS op je telefoon, tot de scanners in ziekenhuizen.. Over Reis naar de Kern Na Terug naar de Oerknal met Govert Schilling en Baan door het Brein met Iris Sommer is het nu tijd voor een nieuw avontuur: Reis naar de kern. Een fascinerende duik in de wereld van de allerkleinste deeltjes, waar de allergrootste vragen worden beantwoord. In vijf afleveringen zoomen we in op de wereld van het atoom, de quantummechanica, antimaterie en de ontdekking van het Higgs Boson. Reis naar de Kern is een podcast van BNR. Tekst en presentatie: Ivo van Vulpen. Concept: Connor Clerx. Eindredactie: Annick van der Leeuw. Montage: Gijs Friesen en Connor Clerx. Sounddesign en mixage: Gijs Friesen. Over Ivo Ivo van Vulpen is als deeltjesfysicus werkzaam aan de Universiteit van Amsterdam, het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en hij doet onderzoek bij de deeltjesversneller (Large Hadron Collider) bij CERN in Genève. Hij is hoogleraar Wetenschapscommunicatie, in het bijzonder betreffende de natuurkunde, aan de Universiteit Leiden. In 2018 verscheen zijn eerste boek: De melodie van de natuur. Lees ook dit artikel op BNR.nl Transcript aflevering Tot de jaren dertig was eigenlijk niks aan de hand. De natuurkunde was vrij overzichtelijk. Weer overzichtelijk moet ik natuurlijk zeggen. In de vorige aflevering hadden we het over de atoomrevolutie in die eerste decennia van de 20e eeuw waarin het ons eindelijk lukte om door te dringen tot de wereld van het atoom zelf, die kleinste bouwstenen van alle elementen. Tot de verbazing van wetenschappers bleken alle atomen uit dezelfde drie basisbouwstenen opgebouwd te zijn: protonen en neutronen (die samen de atoomkernen vormden) en de elektronen. Van negentig elementen terug naar drie bouwstenen dus. Heerlijk simpel en overzichtelijk! Alles op orde dus zou je denken. Maar toen gebeurde er iets waardoor we in één klap wisten dat we nog niet op de diepste laag van de kennis waren aangekomen en dat nog een onbekende wereld verborgen lag. In deze aflevering vertel ik jullie over deze verrassing en hoe het ons door ontwikkelingen in de techniek uiteindelijk wél lukte om het fundament van de natuur te bereiken. De neutronen en protonen bleken toen opgebouwd te zijn uit nog kleinere deeltjes, we leerden zelf deeltjes te maken in het laboratorium met behulp van deeltjesversnellers en ze te bestuderen met detectoren. Alles samen noemen we dat het Standaard Model en dat is tot op de dag van vandaag het beste beeld dat we hebben van de wereld op de allerkleinste schaal. En daar zitten gekke dingen bij hoor: deeltjes die dwars door de aarde kunnen vliegen bijvoorbeeld en magische dingen als anti-materie.  Om deze stappen te begrijpen is het handig om je voor te stellen dat de ontdekking van het atoom net zoiets is aanspoelen op een onbekend eiland, waarna je, uit nieuwsgierigheid, gaat proberen dat eiland verder in kaart te brengen. Op het eiland bevindt zich een dicht oerwoud en terwijl je er steeds dieper en dieper in probeert door te dringen, bijvoorbeeld langs een rivier weet je niet of dat bos zich nog tientallen kilometers zo uit zal strekken en of er überhaupt nog wel iets anders te vinden zal zijn dan dezelfde bomen, vruchten en dieren die je van thuis kent. Maar als er dan ineens een bootje de rivier af komt zakken of als je een dier ziet dat je nooit eerder hebt gezien dan weet je gelijk dat je niet alleen bent en dat er meer dingen verborgen zijn. Precies zo'n situatie hadden we in de deeltjesfysica. Tijdens het onderzoek naar atoomkernen en radioactiviteit bleek gek genoeg dat er ook een bron van straling aanwezig was in een ruimte als er helemaal geen radioactieve stoffen in de buurt waren. Het idee was dat dat veroorzaakt werd door radioactieve stoffen in de aarde zelf. Best logisch en dus ‘case closed’ zou je denken, maar dan heb je net even buiten de koppigheid van de natuurkundigen gerekend. Er is er namelijk altijd eentje die het zeker wil weten en die naar de top van de Eiffeltoren gaat om te kijken of daar inderdaad minder straling is of in een luchtballon stapt om nog hoger te meten. Dat is allebei echt gebeurd! En maar goed ook, want het bleek dat de straling helemaal niet afnam hoe hoger je kwam. het werd juist sterker. De straling kwam dus niet uit de aarde, maar uit de ruimte! Blijkbaar worden we op aarde blijkbaar dus gebombardeerd door deeltjes uit het universum. Die botsen hoog in de lucht op zuurstofatomen en produceren daar een soort lawine van deeltjes waarvan sommigen lang genoeg leven om het aardoppervlak te halen. Die deeltjes waren dus de bron van die mysterieuze straling waar we naar op zoek waren. Dat onderzoek naar deze zogenaamde kosmische stralen is nog steeds een belangrijk onderzoeksgebied, maar daar gaat het nu even niet om. Mensen onderzochten om welke deeltjes het nou precies ging door de sporen van de deeltjes zichtbaar te maken, net zoals de sporen die vliegtuigen hoog in de lucht produceren, en door te kijken hoe ze reageerden als ze op andere materialen botsten. Zoveel mogelijkheden waren er niet, want we kenden immers maar drie verschillende deeltjes. Tot hun verbazing zagen ze dat het deeltjes waren die wel elektrisch geladen waren, maar geen proton waren …. en ook geen elektron. Een nieuw deeltje dus dat ongeveer tweehonderd keer zo zwaar bleek te zijn als een elektron. Het kreeg een eigen naam: het muon. Een onverwachte gast. Niet echt nodig, maar dat maakt niet uit. Het is net als gekleurde hagelslag en dure sportwagens. Niet echt nodig, maar het maakt de wereld wel een stuk leuker. Als kosmische stralen op dunne materialen vallen, blijken er nog veel meer nieuwe deeltjes te ontstaan. Sterker nog, een hele dierentuin vol nieuwe deeltjes. Fascinerend, maar het onderzoek was erg onhandig, want je was volledig overgeleverd aan wat de ruimte je gaf. Gelukkig lukte het ons dankzij twee technieken om zelf de regie in handen te krijgen: 1) de deeltjesversneller (om zelf deeltjes te kunnen maken in deeltjesbotsingen) en 2) de deeltjesdetector om alle deeltjes zichtbaar te maken die in die botsingen werden gemaakt. Dit zijn de twee elementen die we tot op de dag van vandaag nog steeds gebruiken om de natuur op de kleinste schaal te bestuderen. Alleen steeds een stukje geavanceerder. Eerst de deeltjesversneller. Dat we zelf deeltjes kunnen maken is een cruciale ontdekking geweest. De bekende formule van Albert Einstein E=mc2 betekent namelijk niet alleen dat je massa kan omzetten in energie (dat was de basis van de kernenergie en het branden van de zon uit de vorige aflevering), maar het werkt ook de andere kant op; als je maar genoeg energie bij elkaar brengt kan je daarmee ook zelf massa creëren: nieuwe deeltjes dus. In een deeltjesversneller geven we deeltjes, bijvoorbeeld protonen, energie door ze een klein zetje te geven. Daarna gebruiken we magneten om ze af te buigen en ze door een holle buis in een heel grote cirkel weer terug te leiden naar de plek waar we ze een zetje gaven … om ze vervolgens opnieuw een duwtje te geven. Als je dat heel vaak herhaalt krijgen deeltjes een enorm hoge snelheid en energie en als je ze daarna op elkaar laat botsen kun je al die bewegingsenergie gebruiken om nieuwe deeltjes te maken. Het voordeel is dat we zo deeltjes in een gecontroleerde omgeving kunnen maken. De ontwikkeling van de deeltjesversnellers ging heel snel: steeds meer energie en steeds meer botsingen. Op dit moment is de krachtigste deeltjesversneller op aarde de Large Hadron Collider op CERN, het Europees centrum voor de deeltjesfysica. Dan de deeltjesdetector. Om te begrijpen wat er in een botsing gebeurt is het cruciaal dat je de botsing kunt ‘fotograferen’. Dat is niet zo makkelijk, want ik zeg wel fotograferen, omdat we dat allemaal kennen uit onze eigen belevingswereld, maar een normale fotocamera kan alleen maar licht zien en helemaal geen andere deeltjes. De meeste deeltjes in de botsing leven trouwens ook veel te kort om te zien. We hebben een manier bedacht die je kunt vergelijken met die van het bestuderen van voetstappen in de sneeuw. Als ik je een foto laat zien van een spoor van voetstappen in de sneeuw dan vind je het vast gek als ik je vraag of het een auto, een konijn of een mens is geweest die deze sporen heeft achtergelaten. ‘Een mens natuurlijk’ zeg je dan. En als je de foto in meer detail bekijkt kun je vast nog veel meer achterhalen. Je ziet bijvoorbeeld of het één persoon was of twee,  of het een kind was of een volwassene en nog veel meer. In een deeltjesdetector doen we eigenlijk precies hetzelfde. Als een deeltje door een detector heen beweegt laat het daar ook een karakteristieke afdruk achter, net als die voetstappen in de sneeuw. Het gaat hier te ver om de details te bespreken, maar door deeltjes door verschillende detectielagen te laten bewegen, die elk een specifieke eigenschap vastleggen, kun je van alle deeltjes hun type, richting en energie vastleggen. En hoewel het strikt genomen niet klopt is het prima om er over na te denken als een ‘foto’ van de botsing. Dat doe ik zelf ook. Maar het is wel echt ingewikkeld. Er zijn een miljard botsingen per seconde en in elke botsing zijn vaak wel honderd(en) deeltjes. Ontzettend moeilijk dus, … maar niet onmogelijk als je samenwerkt met slimme en creatieve mensen van over de hele wereld. Veel van de nieuwe deeltjes die gemaakt worden in de botsing leven veel en veel te kort om onze detector te bereiken. Het einde van het leven klinkt dramatischer dan het is, maar deeltjes kunnen uit elkaar vall

Waar is alle materie uit opgebouwd, en welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Wat is antimaterie, en wat heeft quantumtheorie daarmee te maken? In Reis naar de kern neemt Ivo van Vulpen, deeltjesonderzoeker bij CERN in Genève en verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, je mee langs al deze grote vragen. Je denkt misschien dat dat ver van je normale belevingswereld afstaat, maar al deze inzichten worden dagelijks gebruikt. Van de GPS op je telefoon, tot de scanners in ziekenhuizen.. Over Reis naar de Kern Na Terug naar de Oerknal met Govert Schilling en Baan door het Brein met Iris Sommer is het nu tijd voor een nieuw avontuur: Reis naar de kern. Een fascinerende duik in de wereld van de allerkleinste deeltjes, waar de allergrootste vragen worden beantwoord. In vijf afleveringen zoomen we in op de wereld van het atoom, de quantummechanica, antimaterie en de ontdekking van het Higgs Boson. Reis naar de Kern is een podcast van BNR. Tekst en presentatie: Ivo van Vulpen. Concept: Connor Clerx. Eindredactie: Annick van der Leeuw. Montage: Gijs Friesen en Connor Clerx. Sounddesign en mixage: Gijs Friesen. Over Ivo Ivo van Vulpen is als deeltjesfysicus werkzaam aan de Universiteit van Amsterdam, het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en hij doet onderzoek bij de deeltjesversneller (Large Hadron Collider) bij CERN in Genève. Hij is hoogleraar Wetenschapscommunicatie, in het bijzonder betreffende de natuurkunde, aan de Universiteit Leiden. In 2018 verscheen zijn eerste boek: De melodie van de natuur. Lees ook dit artikel op BNR.nl Transcript aflevering Als je gaat vertellen over de zoektocht naar de bouwstenen van de natuur kunnen we het best starten bij het moment dat iedereen ziet als de start van de reis: het jaar 1912 als het ons voor het eerst lukt om een plaatje te maken van een atoom. Die stap levert een schat aan informatie op en maakt dat we in één klap ons beeld van hoe de natuur werkt compleet moeten herzien. We leren bijvoorbeeld dat alles op aarde uiteindelijk maar uit drie unieke bouwsteentjes bestaat. En we leren dat de logica die de natuur volgt op die piepklein schaal to-taal anders is dan die van onze wereld als mensen. We zien dingen die helemaal niet zouden moeten kunnen volgens alles wat we tot dan toe dachten. Deeltjes blijken op meerdere plekken tegelijk te kunnen zijn en we ontdekken verborgen eigenschappen en nieuwe krachten. Kortom, het hele bouwwerk moet op de schop. En hoewel de zoektocht naar de logica en fundamenten achter deze nieuwe realiteit tot op de dag van vandaag voortduurt geef ik in deze aflevering ook een paar voorbeelden van hoe de inzichten al een toepassing hebben gevonden: niet alleen in de werking van een computerchip of de quantumcomputer, … maar diep in het atoom vonden we ook een manier om onszelf als mensheid te vernietigen. Het onderwerp van deze aflevering is de atoomrevolutie. Maar laten we starten waar we nu zijn: op straat, in de studio, in de auto of waar je deze podcast dan ook beluistert. Als je om je heen kijkt zie je dat de wereld is opgebouwd uit een groot aantal verschillende materialen: de stof van de stoel waarin je zit, de bakstenen van het gebouw waar je langsloopt of het keramiek van de beker waar je je koffie uit drinkt. Op school hebben we geleerd dat er zo’n kleine honderd elementaire bouwstenen zijn, de elementen, waarvan het kleinste ondeelbare brokje een atoom wordt genoemd. Er zijn in de natuur stoffen zoals zuurstof en ijzer die opgebouwd zijn uit één type atoom, in dit geval zuurstofatomen of ijzeratomen, maar er zijn ook veel stoffen waarvan de kleinste unieke bouwsteen een combinatie is van verschillende atomen. Zo’n bouwsteen noemen we een molecuul. Een bekend voorbeeld is bijvoorbeeld water (dat is een combinatie is van 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom), maar ook suiker, alcohol en DNA zijn ingewikkelde combinaties van atomen van verschillende elementen. Als je wilt begrijpen waarom stoffen hun eigen unieke eigenschappen hebben is het cruciaal om hun bouwstenen te begrijpen. Maar dat gaat niet zomaar. De natuur geeft haar geheimen namelijk niet zomaar prijs. Atomen zijn meer dan een miljoen keer kleiner dan het kleinste voorwerp dat je met je oog kunt zien en het lijkt dan ook een onmogelijke opgave deze wereld te leren kennen.   Dé grote truc om dingen zo klein als een atoom in kaart te brengen hebben we in de vorige podcast al kort besproken. In essentie komt het erop neer dat je iets kunt leren over een object door te bestuderen hoe andere deeltjes er vanaf ketsen. Dat is simpeler gezegd dan gedaan, maar in 1912 was het uiteindelijk Ernest Rutherford die het voor het eerst voor elkaar kreeg. Deze aflevering heeft best veel technische elementen, maar ik ga ze toch benoemen, omdat het een belangrijke stap is en de start van al het moderne deeltjesonderzoek. Ik hoop dat het me lukt je er veilig langs te loodsen. Daar gaan we. Die Ernest Rutherford vuurde deeltjes met grote snelheid af op een heel dun laagje goudatomen, iets dat je het best kunt voorstellen als een vel aluminiumfolie, maar dan van goud. En als ik grote snelheid zeg dan bedoel ik niet 200 of 300 km/uur, maar net iets minder dan een miljard kilometer per uur. Om te kijken waar al die afgeketste deeltjes terecht kwamen had hij een scherm gemaakt dat een lichtflits gaf als er een deeltje op viel. To-taal onverwacht bleek dat sommige deeltjes gewoon bijna recht terugkwamen. Na wat puzzelen bleek dat de enige manier om dat te verklaren was als er in een atoom een kei-harde pit zou zitten. En na alle metingen geanalyseerd kwam inderdaad het bekende beeld van een atoom naar voren zoals we dat op de middelbare school leren en het plaatje van een atoom dat Google of ChatGPT je geeft:       Atomen bestaan uit een piepkleine zware atoomkern met een positieve lading    Om de atoomkernen draaien lichte elektronen in vaste banen rondjes     Elke elektronenbaan heeft een maximum aantal elektronen   Omdat we dit beeld kennen klinkt het niet heel spectaculair, maar in die tijd was het revolutionair! Zo‘n atoom kon namelijk helemaal niet bestaan volgens de toen bekende natuurwetten.  Het eerste probleem met dit beeld is dat volgens de theorie elektronen helemaal geen rondjes rond de kern mochten draaien. Dat klinkt gek, want de beweging van een deeltje dat om iets zwaars heen draait lijkt precies hetzelfde als de beweging van een planeet die om de zon draait. En dat begrijpen al een paar honderd jaren tot in groot detail dankzij de wetten van Newton. Maar er is wel een cruciaal verschil: een elektron is elektrisch geladen en de theorie van de elektromagnetische kracht zegt dat zulke deeltjes energie verliezen als ze om iets heen draaien. Een elektron in een atoom zou dus energie verliezen en binnen een fractie van een seconde op de kern storten. En zelfs als elektronen om de een of andere onverklaarbare reden al keurig rondjes draaien, waarom dan alleen op bepaalde afstanden? Daar is geen en-ke-le reden voor. Het model van een atoom dat uit de experimenten tevoorschijn kwam, kon volgens de theorie dus helemaal niet bestaan. In zo’n situatie waarin theorie en experiment met elkaar in tegenspraak zijn, delft de theorie meestal het onderspit. Ook in het geval van de elektronen, die vrolijk hun rondjes draaiden. Het was duidelijk dat we iets over het hoofd zagen. Maar wat dan? In de zoektocht naar een verklaringen voor het atoomprobleem zou uiteindelijk de Deense natuurkundige Niels Bohr de impasse doorbreken met een net zo vreemd als briljant idee.  Hij stelde voor, - en let op, dit is volledig uit de lucht gegrepen - dat voor elektronen alleen een combinatie van de snelheid en hun afstand tot de atoomkern toegestaan was. Namelijk alleen als het pre-cies een veelvoud was van een klein brokje basis-energie: ℏ. We zeggen dan ook dat de combinatie van snelheid en afstand gequantiseerd is. En omdat snelheid en afstand gekoppeld zijn legt deze eis daardoor een snoeiharde restricties op aan de plek waar elektronen hun rondjes mogen draaien. Met die nieuwe regel kon Bohr ineens niet alleen de stabiele banen verklaren, op precies dezelfde plek als we in het experiment zagen, maar ook nog eens met de juiste energie. Super! Opgelost dus, al wist niemand waarom die quantisatie er was. In de jaren erna is er een veel complexer theoretisch bouwwerk ontstaan rond dit idee: de quantummechanica. Het klassieke beeld van een elektron als een bolletje dat rondjes draait om de kern is vervangen door een elektron als golf en een wolk van waarschijnlijkheden. Een van de vele bizarre gevolgen van de theorie is dat deeltjes op meerdere plekken tegelijk kunnen zijn. Dat klinkt als waanzin en kan haast niet waar zijn. Maar het bleek te kloppen, net als bij alle andere experimenten die de bizarre voorspellingen van de quantumtheorie gingen controleren. De theorie hield moeiteloos stand en is nu een van de belangrijkste pijlers waar de moderne natuurkunde op rust.  Een van de vragen die de quantummechanica niet beantwoordde was de vraag waarom er een maximum aantal elektronen is per baan. Kortom, waarom zitten de eerste twee elektronen van een stof als Lithium gezellig bij elkaar in de eerste baan en zit dat derde elektron in zijn eentje een stuk verderop waar hij veel minder sterk vastgebonden zit aan de kern? Belangrijk om te weten, want dat losse derde elektron maakt dat Lithium (een metaal) zich chemisch volstrekt anders gedraagt dan Helium (een gas). Ook hier werd weer een merkwaardige oplossing gevonden door een andere wetenschapper, Pauli, die net als Bohr ook de volstrekt arbitraire eis oplegde dat geen twee elektronen in het atoom hetzelfde mogen zijn. Twee jonge Leidse promotiestudenten theoretische natuurkunde - Samuel Goudsmit en George Uhlenbeck verzonnen (of ontdekten, het is maar hoe je het wilt zien) precies 100 jaar geleden dat elektronen een verborgen eigenschap hadden. Elektronen kwamen in twee smaken en de analogie die daarb

Waar is alle materie uit opgebouwd, en welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Wat is antimaterie, en wat heeft quantumtheorie daarmee te maken? In Reis naar de kern neemt Ivo van Vulpen, deeltjesonderzoeker bij CERN in Genève en verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, je mee langs al deze grote vragen. Je denkt misschien dat dat ver van je normale belevingswereld afstaat, maar al deze inzichten worden dagelijks gebruikt. Van de GPS op je telefoon, tot de scanners in ziekenhuizen.. Over Reis naar de Kern Na Terug naar de Oerknal met Govert Schilling en Baan door het Brein met Iris Sommer is het nu tijd voor een nieuw avontuur: Reis naar de kern. Een fascinerende duik in de wereld van de allerkleinste deeltjes, waar de allergrootste vragen worden beantwoord. In vijf afleveringen zoomen we in op de wereld van het atoom, de quantummechanica, antimaterie en de ontdekking van het Higgs Boson. Reis naar de Kern is een podcast van BNR. Tekst en presentatie: Ivo van Vulpen. Concept: Connor Clerx. Eindredactie: Annick van der Leeuw. Montage: Gijs Friesen en Connor Clerx. Sounddesign en mixage: Gijs Friesen. Over Ivo Ivo van Vulpen is als deeltjesfysicus werkzaam aan de Universiteit van Amsterdam, het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en hij doet onderzoek bij de deeltjesversneller (Large Hadron Collider) bij CERN in Genève. Hij is hoogleraar Wetenschapscommunicatie, in het bijzonder betreffende de natuurkunde, aan de Universiteit Leiden. In 2018 verscheen zijn eerste boek: De melodie van de natuur. Lees ook dit artikel op BNR.nl Transcript aflevering Je kunt prima honderd jaar oud worden en onbevangen door het leven stappen zonder je ooit af te vragen hoe je eigenlijk elektriciteit maakt, waarom glas wel doorzichtig is en steen niet, hoe de zon aan haar energie komt of hoe het überhaupt mogelijk is dat er zoiets bestaat als een heelal. Maar als je die vraag eenmaal hebt gesteld en op zoek gaat naar het antwoord blijkt er bijna altijd een fascinerende wereld achter schuil te gaan. Al die kennis over hoe de natuur zich gedraagt hebben we als mensheid in de geschiedenis stukje bij beetje verzameld. Hoewel deze zoektocht wordt gedreven door pure nieuwsgierigheid, hebben de meeste nieuwe inzichten en de nieuwe technieken die ontwikkeld moesten worden om het antwoord te vinden ook steeds weer hun weg gevonden naar ons dagelijks leven. Sterker nog, ze vormen zonder dat veel mensen dat beseffen, de basis van onze moderne maatschappij: zonder relativiteitstheorie geen GPS, zonder quantummechania geen computerchip, zonder anti-materie geen PET scan om tumoren te localiseren … en zonder deeltjesversnellers geen manier om kwaadaardige tumoren te bestralen.  Het zoeken naar antwoorden op deze grote ‘waarom-vragen’ is absoluut niet makkelijk. De natuur geeft haar geheimen namelijk niet zomaar prijs en het heeft generaties wetenschappers enorm veel bloed, zweet en tranen gekost om de natuur haar geheimen te ontfutselen. Dat doen we door haar gedrag in detail te bestuderen, patronen te herkennen en zo stap voor stap door te dringen tot de plek waar het antwoord verborgen ligt. Die onbedwingbare drang om steeds weer grenzen te verleggen is een menselijke eigenschap die we heel goed kennen uit de sport en van ontdekkingsreizigers uit een ver verleden. En hoewel het vaak de woorden ‘groter’, ‘hoger’ en ‘sneller’ zijn die we associëren met vooruitgang is er ook een groep wetenschappers die juist de uitdaging zoekt in precies het tegenovergestelde: ‘klein, kleiner, kleinst’. Het is een internationale groep wetenschappers, waar ik er ook een van ben, die in onderzoeksinstituten en laboratoria over de hele wereld op zoek zijn naar de elementaire bouwstenen van de natuur. Waar is alle materie toch uit opgebouwd? En welke wetten volgen die deeltjes om alles op aarde en de rest van het heelal vorm te geven? Deze fascinerende zoektocht naar de fundamenten van de natuur is het onderwerp van deze podcast. Ik ben Ivo van Vulpen, een Nederlandse deeltjesonderzoeker verbonden aan de Universiteit van Amsterdam en het onderzoeksinstituut Nikhef. In de eerste vier afleveringen ben ik je gids op weg naar het randje van de kennis en vertel ik je hoe het ons in de afgelopen honderd jaar gelukt is om steeds weer een diepere laag bloot te leggen; in een wereld die letterlijk heel dichtbij is, maar die zo klein is dat we het niet met onze ogen kunnen zien. Ik vertel over de fascinerende ontdekkingen die we gedaan hebben. Ik ga bijvoorbeeld vertellen dat net zoals kinderen met een paar legoblokjes de meest fantastische bouwwerken kunnen maken, ook de natuur, met al haar complexiteit, van sterren en planeten, tot en met de microfoon waar ik nu in praat ook is opgebouwd uit maar een handjevol bouwstenen. In de vijfde en laatste aflevering vertel ik wat er nog te ontdekken is. En hoe we van plan zijn die antwoorden te vinden.  Deze tak van de wetenschap staat ver af van het clichébeeld dat mensen vaak hebben van onderzoekers als wereldvreemde zonderlingen in een stoffig laboratorium. Het is een wereldwijde onderneming waarin wetenschappers uit bijna alle landen van de wereld samenwerken, samen moeten werken in grote experimentele onderzoekscentra zoals het Europees centrum voor deeltjesfysica, CERN in Genève. Zulke samenwerkingsverbanden zijn verre van triviaal. Natuurkundigen kunnen enorm eigenwijs zijn en om dan ook nog eens natuurkundigen uit verschillende landen met elkaar samen te laten werken is op het eerste gezicht een ideaal scenario voor problemen. En toch lukt het ons. Maar hoe dan? Uiteindelijk blijkt de sleutel te liggen in het feit dat we een gedeelde droom hebben. We delen die universele en on-be-dwing-bare nieuwsgierigheid, die honger naar antwoorden op de mysteries die we niet begrijpen. Vanuit Nederland doen veel universiteiten mee in dit avontuur en er is zelfs een nationaal instituut: het Nikhef, het Nationaal instituut voor subatomaire fysica in Amsterdam. Maar laten we niet langer om de materie heen draaien en de diepte in duiken. Om achter de natuurwetten te komen is er maar één mogelijkheid: je moet je de natuur ‘ondervragen’. De natuur praat natuurlijk niet letterlijk terug, maar je kunt wel dingen uitproberen en kijken wat er gebeurt. Kinderen doen dat automatisch. “Hoe reageren mijn ouders als ik heel hard ga gillen in een supermarkt en doet het echt pijn als ik mijn vinger in de vlam hou?”. Hoewel ik uit eigen ervaring kan vertellen dat ouders niet altijd hetzelfde reageren, werkt de natuur volgens ijzeren principes en altijd hetzelfde: de natuurwetten. Door patronen te ontdekken in gedrag dringen door tot de onderliggende mechanismes. En dat werkt net zo goed bij menselijk gedrag als bij de wereld van het allerkleinste. Grenzen verleggen is niet makkelijk en het is goed om voor we in de wereld van het allerkleinste duiken eerst te laten zien hoe ingewikkeld het is om patronen te vinden en welke interessante gevolgen het kan hebben als het je lukt om een onderliggend mechanisme bloot te leggen. Eerst over het proces van patronen herkennen. Stel je nou eens voor dat je een buitenaards wezen bent dat naar onze planeet komt en dat je gevraagd wordt om de spelregels van het spel voetbal te achterhalen. Er is wel een eis die je taak extra lastig maakt: je mag zoveel wedstrijden bekijken als je wilt, maar je mag niemand iets vragen. Je komt er dan vast vrij snel achter dat het spel zich afspeelt binnen de witte lijnen van een rechthoek, dat er twee teams zijn van 11 spelers, dat er na 45 min gewisseld wordt van speelhelft en dat het doel is om zoveel mogelijk doelpunten te maken. Maar waarom heeft één speler een andere kleur dan zijn teamgenoten en mag hij de bal wél in zijn handen pakken? En hoe kom je erachter wie die twee mensen zijn die langs de lijn met een vlag heen en weer rennen en zul je ooit de regels van buitenspel ontdekken? Dat kán wel, maar is niet gemakkelijk. Precies zo werkt het ook met het ondervragen en bekijken van de natuur. Niemand zegt hierbij trouwens dat de spelregels logisch moeten zijn. Sterker nog, de natuurwetten zijn niet logisch. Geen enkele. De quantummechanica en de relativiteitstheorie, die we later tegen zullen komen, zijn vreemd en bizar en daarmee in zekere zin analoog aan de buitenspelregel in het voetbal. Absurd, maar wel een realiteit. En als je die regel eenmaal geaccepteerd hebt is het daarna logisch wat je ziet gebeuren. Het zoeken naar en herkennen van patronen is niet alleen aan wetenschappers voorbehouden natuurlijk. Biologen en boeren weten bijvoorbeeld al heel lang dat eigenschappen van dieren en organismes worden doorgegeven aan nakomelingen. Een bekend voorbeeld is bijvoorbeeld het gegeven dat de oogkleur van een kind bepaald wordt door de oogkleur van de ouders. Deze kennis over het overerven van eigenschappen wordt ook in de landbouw gebruikt bij het veredelen van gewassen en selecteren van bepaalde eigenschappen zoals resistentie voor ziektes of aanpassen aan specifieke omstandigheden als droogte of zout. We zien dus dat de natuur op een bepaalde manier werkt, maar niet hoe het werkt. Ergens in elk mens is dus blijkbaar informatie over de oogkleur opgeslagen, maar waar dan? Uiteindelijk is het pas in de jaren zestig van de vorige eeuw gelukt die vraag te beantwoorden toen wetenschappers Crick, Watson en Franklin (die laatste wordt helaas vaak, al dan niet per ongeluk, vergeten in de rij van ontdekkers) erin slaagden de dubbele helixstructuur van het menselijk DNA te ontdekken. Daar bleek alle genetische informatie opgeslagen te zijn en bracht ons naar het hoe en waarom. Die genetische informatie blijkt opgeschreven in een taal die maar uit vier bouwstenen bestaat, de nucleotides C, T, G en A. Een taal met maar vier letters dus! Ongelooflijk, als je bedenkt dat we in onze eigen taal 26 letters hebben als bouwstenen van woorden. Als mensheid zijn we druk bezig die taal van het DNA te verkennen. We leren zo niet all