Oerknallen tegen de concurrentie

Na vijf jaar experimenteren durven Europese fysici eindelijk te beweren dat ze de oerknal kunnen nabootsen. Vooral aanstaande Amerikaanse concurrentie verleidde hen tot een eensgezinde gok....

Martijn van Calmthout

HET WAS een indianenverhaal dat het vorig jaar zomer in de Amerikaanse boulevardbladen eventjes goed deed. In het Brookhaven-laboratorium in de staat New York werkten natuurkundigen aan een versneller die misschien wel een oerknal kon veroorzaken als hij eenmaal in bedrijf zou komen. Zou New York het overleven? En de aarde, om nog maar eens wat te noemen?

Europese versnellerfysici zouden de vergezochte berichten uiteraard hoofdschuddend terzijde hebben gelegd, als die informatie hen niet nogmaals met de neus had gedrukt op een niet helemaal aangenaam feit: de RHIC van Brookhaven, de Relativistic Heavy Ion Collider, was binnenkort klaar.

Dat apparaat, waar een flink aantal Amerikaanse universiteiten in participeert, kan de kernen van goudatomen als zware stormrammen laten inslaan op andere goudkernen. En die botsingen zullen tienmaal meer energie in zich dragen dan alles wat Europa de laatste vijf jaar op dat vlak heeft bereikt. Zonder daarbij echt heldere conclusies te kunnen trekken.

Het is dan ook zeker geen toeval dat op het Europese deeltjeslaboratorium CERN in Genève donderdag groot nieuws werd gepresenteerd. Althans als het aan de atoombotsers lag die een colloqium hielden waarvoor de internationale pers nadrukkelijk was uitgenodigd. 'Er is', luidde in het grote auditorium de nog iets terughoudende formulering, 'sterke aanwijzing voor het bestaan van een nieuwe vorm van materie: het quark-gluonplasma.'

Dat is opmerkelijk nieuws. Een dergelijke ziedende soep van in zekere zin 'gesmolten' protonen en neutronen heeft, in theorie, alleen bestaan gedurende een paar microseconden na de oerknal. Pas toen even later de dichtheid en temperatuur van de materie wat verder daalden, trad er een soort condensatie op, waarin zich de kerndeeltjes vormden, zoals waternevel zich vormt op een koele ruit.

Dat die quarksoep in het lab kan worden aangetoond, is een belangrijke ondersteuning van de gedachten die er bestaan over de oerknal. Bovendien biedt dit resultaat een nieuw testterrein voor de theorieën die de fundamentele krachten tussen quarks beschrijven. En astrofysici zullen misschien beter begrijpen wat er in het binnenste van neutronensterren - ingestorte sterren - gaande kan zijn.

Zover is het echter nog lang niet. Als de bijeenkomst in Genève donderdag iets duidelijk maakte, was het wel hoe moeilijk het is om zo'n plasma te betrappen. Sinds 1994 is met de verbouwde SPS-versneller van CERN in zeven afzonderlijke proefopstellingen gekeken naar op elkaar botsende loodkernen, of botsingen van lood op goud. Die kernen zijn zo zwaar dat ze een enorme hoeveelheid energie afleveren in een heel klein volume. Temperaturen kunnen er oplopen tot honderdduizend keer die van het centrum van de zon. Op die plek kunnen, in theorie, heel even wat kerndeeltjes smelten en een quark-gluonplasma vormen.

Maar dat is nooit rechtstreeks te zien. In de detectoren van de onderzoekers zijn alleen de talloze exotische deeltjes te zien die uit het plasma kunnen condenseren. Daarvan kan een groot deel ook op andere manieren tot stand zijn gekomen. Vaak is alleen uit subtiele afwijkingen van wat de experimentatoren verwachten, af te leiden wat de bron is van de waargenomen deeltjes.

Zo subtiel zelfs dat de proeven sinds 1994 weliswaar een stroom publicaties in wetenschappelijke bladen heeft opgeleverd, maar dat geen enkele groep het aandurfde te verklaren dat het gezochte plasma gevonden was. Iedereen, zei donderdag CERN-directeur Luciano Maiani, had een stukje van een puzzel in handen, maar durfde niet te raden wat het hele beeld kon zijn. 'En nu hebben we de puzzel gezamenlijk wél in elkaar gelegd.'

Maar hard bewijs durfde ook hij het resultaat niet te noemen. 'Het quark-gluonplasma is verreweg de beste verklaring voor de resultaten van de opeenvolgende metingen en bevindingen.'

Voorlichter Neil Calder van het laboratorium steekt niet onder stoelen of banken dat de aanstaande opening van de RHIC de Europeanen tot hun aankondiging van deze week hebben gedreven. Vorig jaar november kwamen alle deelnemers aan de zeven loodprojecten sinds 1994 bij elkaar om te zien of ze samen een gemeenschappelijk oordeel konden vormen, wat elk van hen tot nog toe niet durfde. 'Iedereen was zich natuurlijk heel bewust van de komst van de RHIC. Noem het een katalyserend effect.'

Calder: 'Deze aankondiging is geen politiek gebaar voor CERN of iets dergelijks, het is de wens van de onderzoekers zelf. De deelnemers hebben zich gerealiseerd dat het nú of nooit was om tot een afgerond oordeel over hun projecten te komen. En dat oordeel bleek uiteindelijk positief. De productie van een quark-gluonplasma is mogelijk in een lab op aarde. Het is aan de RHIC om die materietoestand veel uitgebreider te onderzoeken.'

Bovendien geeft Europa het roer nog niet definitief uit handen. In 2005 komt, als men de huidige planning weet waar te maken, in Genève de nieuwe LHC-versneller in bedrijf. Die versneller, in dezelfde ondergrondse tunnel als de huidige superversneller LEP'II maar tienmaal krachtiger, krijgt ook een voorziening om zware atoomkernen op te jagen. In dat zogeheten Alice-project heeft ook het Nikhef-laboratorium in Amsterdam een fors aandeel.

Bij Alice zullen uiteindelijk energieën worden bereikt waar ook de Amerikanen met de RHIC niet aan kunnen tippen. CERN-woordvoerder Calder: 'Dan neemt Europa het stokje weer over en betreden we nogmaals een nieuwe dimensie in dit type onderzoek van de materie. Maar dat is geen kwestie van afpakken. Het is eerder een vorm van concurrentie die we beide als een stimulans ervaren.'

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.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden