Knikkertijd voor antideeltjes

Atomen maken is het omgekeerde van atomen breken. Met die simpele gedachte bouwde een Amsterdamse promovendus een apparaat om antimaterie te bereiden....

IN HET Europese versnellerlab CERN in Genève kunnen ze met welgemikte botsingen anti-protonen, negatief geladen verwanten van de waterstofkern, maken als de besten. Ook anti-elektronen, de positieve evenknie van het elektron, zijn er routine. Maar antiwaterstof - dus met een antiproton als kern en een anti-elektron dat daaromheen beweegt - dat blijft een probleem.

Natuurkundigen knarsetanden. Ze kunnen niet wachten om echte antimaterie, tot voor kort pure science fiction, in handen te krijgen. De gangbare deeltjestheorie gaat er namelijk van uit dat materie en antimaterie, afgezien van de ladingen, volstrekt identiek zijn. Maar vallen anti-atomen inderdaad wel naar beneden, en even snel als atomen? Absorberen ze op exact dezelfde manier licht?

In 1996 werden met veel pijn en moeite zes atomen van dat intrigerende spul gemaakt en gedetecteerd. Dat was wereldnieuws. Maar sindsdien zijn alle voornemens om bij Cern een heuse fabriek voor antimaterie in te richten, gestuit op praktische problemen.

Laat nu uitgerekend een 24-jarige atoomfysicus van het FOM-instituut Amolf in Amsterdam weten hoe de natuurkunde wel genoeg antimaterie in handen kan krijgen. 'Terwijl we nota bene niet eens in de deeltjesfysica zitten', zegt drs. Kees Wesdorp opgetogen. Samen met zijn promotor prof. dr. Bart Noordam bouwde hij een apparaat om positronen aan antiprotonen te plakken. Donderdag promoveert hij erop aan de Vrije Universiteit Amsterdam.

Wesdorp: 'We halen een efficiëncy van 0,3 procent: één op de driehonderd positronen wordt gevangen. Dat klinkt belachelijk laag, maar het is zeker tienmaal beter dan alles wat er tot nog toe werd bereikt. Een jaar of wat geleden schetste Bart zijn idee voor het eerst en kwamen de theoretici niet meer bij van het lachen. Inmiddels worden we bloedserieus genomen.'

En dat terwijl Wesdorp eind vorig jaar na twee maanden in Genève bij de godfather van de anti-waterstof, de Amerikaan Gerald Gabrielse, eigenlijk een enorme kater had. Het apparaat, namelijk, dat thuis zo voorbeeldig materie-atomen in elkaar sleutelde, liet het in Genève afweten met antimaterie. Momenteel studeert hij op Amolf, in tijd die hem dankzij een vliegensvlugge promotie nog rest, op de redenen van de teleurstelling.

Om een antiwaterstofatoom te maken moet een anti-elektron aan een antiproton worden geplakt. Mensen als Gabrielse in CERN gebruiken daarvoor, alle verfijning ten spijt, min of meer een goed-gelukmethode: breng een wolk van het één in contact met een wolk van het ander en wacht af.

Noordam schetste destijds een veel gerichtere aanpak om atomen te assembleren. In feite, zegt zijn promovendus Wesdorp, lijkt dat assembleren op het omgekeerde, het opbreken van atomen. 'Het is toch gewoon alsof je filmt hoe je een elektron losmaakt en wegvoert van een atoom, en dat dan achteruit afdraait.'

Het tweetal deed sinds 1998 eindeloos veel metingen aan uit elkaar vallende atomen van alkali-metalen. Ze waren vooral geïnteresseerd in de zogeheten Rydberg-toestanden, waarin een elektron na stimulatie al zeer ver van de kern af is geraakt en nog maar losjes wordt vastgehouden. Wordt zo'n atoom in een elektrisch veld geplaatst, dan kan dat elektron uit het atoom rollen. Het effect is min of meer als een knikker die wegrolt uit een schuin gehouden schoteltje.

Noordams schets, die destijds zo op de lachspieren werkte, was simpel: laat de knikker komen aanrollen, en leg het schoteltje plat zodra de knikker erop ligt. Uit de metingen aan Rydbergatomen bleek dat zoiets moest kunnen met elektronen en een elektrisch veld. Wesdorp: 'Dergelijke atomen zijn zo sloom, dat je heel goed elektronica kunt maken die op het juiste moment het veld aan- en uitschakelt.'

Een jaar geleden demonstreerden Wesdorp en Noordam dat ze met zo'n apparaat echt Rydberg-atomen van bijvoorbeeld rubidium konden maken van losse elektronen en ionen. Hun publicatie erover, in het topblad Physical Review Letters, stuurden ze aan Gerald Gabrielse op CERN. Of hij interesse had. Wesdorp, lakoniek: 'Je kunt wel meteen met je losse ideeën aankloppen. Maar zo heb je tenminste meteen iets te bieden.'

Gabrielse hapte. 'Het was allemaal een beetje onwezenlijk, zo snel als het opeens ging. Ze hadden in het najaar technische problemen en konden niet meten terwijl de antideeltjes gewoon beschikbaar waren. De vraag was dus of wij acuut aan de slag wilden.'

Wesdorp kwam terug van vakantie, reisde meteen naar Genève en werkte er twee maanden dag en nacht aan zijn experiment, als spil in een team van vijftien onderzoekers. Hij kreeg zijn opstelling aan de praat. Maar terwijl hij had gehoopt per schot antideeltjes honderd anti-atomen te maken, zag hij er niet één.

De frustraties zijn inmiddels weer verdwenen. Wesdorp: 'Het was wel wat optimistisch om te denken dat het meteen goed zou gaan. Hier in het lab doe je gemakkelijk duizenden metingen per dag, bij CERN heb je éénmaal per dag een bundel. Je hebt geen gelegenheid om te zoeken naar instellingen.'

Waarschijnlijk, zegt hij, maakt het veld van de magneetspoelen de anti-atoomwolk veel langzamer dan ze beseften. De gecreëerde antimaterie wordt gewoonlijk geregistreerd als de anti-atomen op atomen in de wand van de opstellingen botsen en in een karakteristieke lichtflits vernietigd worden. 'Het is verleidelijk te denken dat ze er dus wel waren, maar dat we telkens te vroeg keken. Alleen: zo werkt het niet in de natuurkunde. Zolang er niks gemeten is, weet je niks.'

Wesdorp zal overigens niet meer terugkeren naar CERN. Vanaf september gaat hij als management-consultant werken voor een groot adviesbureau. Zelfs science fiction gaat op den duur vervelen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden