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 ver