Wat gebeurde er na de Big Bang?

Body: 

Zijn onderzoek naar Oersoep levert fysicus Raimond Snellings een Vici-subsidie op. Terug naar de grote knal.

Raimond Snellings, hoogleraar Heavy-ion physics, is een van de zes UU'ers die van NWO een Vici-subisidie van 1,5 miljoen euro heeft gekregen om onderzoek te doen naar de materie die de allereerste microseconden na de Big Bang het heelal vulde: quark-gluonplasma, oftewel Oersoep.

Wat gebeurde er direct na de Oerknal? Het is een vraag die Raimond Snellings, hoogleraar in de deeltjesfysica, al jaren bezighoudt. Iedere week vliegt hij op en neer naar Genève, waar de Europese organisatie CERN is gehuisvest, die fundamenteel onderzoek doet naar elementaire deeltjes. In de ‘Large Hadron Collider’ (LHC), de grootste deeltjesversneller te wereld, draait Snellings zijn experimenten. De sfeer in CERN is op een positieve manier gespannen, zegt Snellings. “Er staan ontdekkingen op stapel die eerdere theorieën uit de natuurkunde compleet omver kunnen blazen. Natuurkunde leeft enorm, niet alleen in CERN, maar in de hele maatschappij.”

Een Vici is een mooie prijs. Had u dit verwacht?

“Dit klinkt misschien wat oneerbiedig omdat het zo moeilijk kan zijn om een Vici te krijgen, maar: ja. De deeltjesfysica is een gebied dat sinds de start van de LHC in CERN veel aandacht krijgt. Toen de LHC begon te draaien zijn er veel goede onderzoekers mee bezig gegaan. Ook ik ben meteen resultaten gaan publiceren. Eerder heb ik al een Vidi gekregen van NWO. Ik wist overigens al in december dat ik het geld zou krijgen, alleen nu mocht ik het pas in de openbaarheid brengen. Mijn collega’s wisten er natuurlijk al van.”

NWO gaat met de mode mee?

“NWO richt zich op onderzoeksgebieden met een hoge impact in de maatschappij. De natuurwetten gaan wellicht op de schop, dat gebeurt gemiddeld maar één keer in de honderd jaar. Je ziet ook dat natuurkunde steeds meer aandacht krijgt en als studie steeds populairder wordt onder studenten. Het is aantrekkelijk voor jongeren om nieuwe dingen te ontdekken en aan de basis te staan van nieuwe inzichten.”


Alice en de quarkgluonsoepSnellings’ onderzoek raakt aan de fundamentele vragen die natuurkundigen hebben. Bijna alle kennis van de deeltjesfysica zit in het zogenaamde standaardmodel. Maar er is een aantal zaken onbegrepen in dat model, onder andere waar de massa van materie vandaan komt. Natuurkundigen als Snellings denken nu dat het grootste deel van de massa wordt veroorzaakt door de sterke kernkracht, een van de vier fundamentele krachten uit de natuurkunde. Om dit proces te begrijpen, moeten we terug naar de Big Bang. Door de enorme druk van de Oerknal ging kernmaterie vlak daarna over in een vorm van materie die bestaat uit quarks en gluonen. Deze quarks en gluonen vlogen vrij rond in het zogeheten ‘’. In de eerste tien microseconden na de Big Bang vulde het universum zich met dit plasma, dat zich door het hele heelal uitzette en later omvormde tot materie (zie kader).

Het geld van de Vici-subsidie gebruikt Snellings om te onderzoeken wat de eigenschappen zijn van het quark-gluonplasma. Met de LHC in CERN kan Snellings en zijn groep het plasma nabootsen en lang genoeg laten leven zodat er onderzoek aan gedaan kan worden. Dat is niet eenvoudig, maar dankzij de modernste versnellertechnologie is het nu wel mogelijk, zij het nog steeds kortstondig. In een complexe detector, die gedeeltelijk in Utrecht en Amsterdam is gebouwd, worden alle geproduceerde deeltjes gemeten. Aan de hand hiervan probeert Snellings vervolgens de toestandsvergelijking van het quark-gluonplasma te begrijpen. En die informatie levert weer kennis op over het ontstaan van het heelal en geeft antwoorden op de vraag hoe materie massa heeft gekregen.

Hoe is het om in CERN te werken?

“Het is er heel apart. Er werken zo’n achtduizend wetenschappers uit alle landen van de wereld, het is een stad op zich. CERN heeft eigen auto’s, eigen fietsen en eigen hotels. Er hangen altijd honderden mensen in de kantines en de restaurants die met elkaar praten over hun onderzoek. Tegelijkertijd zou je niet zeggen dat er grootse dingen worden onderzocht daar, want de gebouwen zijn aftands en ouderwets, het ziet er totaal niet hightech uit. De Arbeidsinspectie zou er goede zaken doen! Veel specialer is het als je ondergronds gaat, naar de deeltjesversneller zelf. Daar hangt wel echt een science fiction sfeer.”

Achtduizend wetenschappers op een kluitje, gaat dat wel goed?

“Het is prettig om met elkaar informatie uit te wisselen, maar tegelijkertijd moet je zorgen dat je met jouw experiment vooraan loopt. Wij beconcurreren elkaar niet door doelbewust informatie achter te houden, maar door harder te werken dan een andere groep. De CERN-wetenschappers speculeren veel met elkaar over de mogelijke ontdekkingen, het leeft enorm.”

2012 wordt het jaar van de natuurkunde?

“Ja, ik denk van wel. Het natuurkundig standaardmodel dat we hanteren gaat niet helemaal terug naar de Big Bang, de theorieën zijn niet toereikend om alles te verklaren. Hoewel we veel niet weten, weten we één ding wel: er móet gewoon meer zijn. Om dat nu te achterhalen, dat is waar we het allemaal voor doen.”

Het ontstaan van quark-gluon plasma

Vlak na de Big Bang was materie niet geordend in protonen en neutronen of atoomkernen. De druk was zo hoog dat de quarks en gluonen (de bouwstenen van protonen en neutronen) de relevante vrijheidsgraden waren. Het waren deze quarks en gluonen die vrij rondvlogen in het zogeheten ‘quark-gluonplasma’. In de eerste tien microseconden vulde het universum zich deze nieuwe materie. Het quark-gluonplasma wordt ook wel de ‘Oersoep’ genoemd.

Eerder dachten wetenschappers dat de Oersoep als een ideaal gas zou zijn, maar nu denkt Snellings dat het een soort materie is dat zich als een ‘ideale’ vloeistof gedraagt. Dit betekent dat er nauwelijks wrijving in de materie is, waardoor het gemakkelijk golft en uitzet.

Het quark-gluonplasma bestond overigens niet alleen ten tijde van het vroege universum. Het speelt ook een rol in het binnenste van zeer dichte neutronensterren. De druk in het binnenste van deze sterren loopt zo hoog op dat de grenzen tussen protonen en neutronen verdwijnen en de kernmaterie overgaat in een quark-gluonplasma. Het is dus om meer redenen interessant om de eigenschappen van dit plasma te achterhalen

 

Facebook Twitter Whatsapp Mail