Nobelprijzen
Een reeks over Nobelprijzen is niet compleet zonder de enige nog aan de Universiteit Utrecht werkende winnaar. Prof. dr. Gerard 't Hooft ging tijdens zijn lezing in op de prijs der prijzen die hij won in 1999 voor 'het ophelderen van de kwantumstructuur van elektrozwakke interacties in de natuurkunde'. Het onderzoek naar krachten en deeltjes is vooral in de twintigste eeuw goed op gang gekomen. De geschiedenis laat zien dat intelligente wetenschappers er soms naast zitten, maar toch lijken natuurkundigen in de afgelopen 45 jaar stapje voor stapje dichter bij sluitende theorieën te komen. Uiteindelijk is men op zoek naar de 'theorie van alles'. Maar wat is dat eigenlijk?
Spannend vakgebied
Gerard 't Hooft begint met uitleggen dat de theoretische unificatie van krachten en deeltjes, oftewel het maken van één omvattende theorie, een poging is om te begrijpen wat er gebeurt en hoe de natuur in elkaar zit. Misschien komen we er over vijftig jaar wel achter dat we op het verkeerde spoor zaten. Theoretische natuurkunde is een tak van de wetenschap waarin je, net als bij alle andere takken, vragen stelt. Maar wat de natuurkunde volgens 't Hooft nog spannender maak, is dat je zelfs niet weet of het wel de juiste vragen zijn én of er wel een antwoord te geven is. Het vakgebied is heel abstract: het gaat over krachten en deeltjes die alleen zichtbaar zijn op papier in de vorm van formules en op de computer. Dat maakt het moeilijk te begrijpen, maar ook fascinerend.
Standaardmodel
Een atoom is van ieder scheikundig element de kleinste, nog als zodanig herkenbare bouwsteen. Toch heeft het een nog kleinere kern, die bestaat uit protonen en neutronen. Deze deeltjes hebben quarks in zich. Hoe deze deeltjes werken en welke krachten erbij betrokken zijn, dat is wat men in de deeltjesfysica bestudeert. Er zijn vier krachten bekend die de deeltjes beïnvloeden. De sterke kracht, de elektromagnetische kracht, de zwakke kracht en de zwaartekracht. De eerste drie krachten worden beschreven door het standaardmodel, een kwantummechanische veldentheorie.
Het werk van 't Hooft heeft er mede voor gezorgd dat dit standaardmodel geformuleerd kon worden. De zwaartekracht valt hierbuiten en is onderdeel van de algemene relativiteitstheorie. Wetenschappers zijn nog niet zo ver dat ze vier krachten kunnen verenigen in een zogenaamde 'theorie van alles'. Voor nu is men ook al trots op het elegante standaardmodel.
Het 'godsdeeltje'
Lange tijd was er een ontbrekende schakel in het standaardmodel, één deeltje waarvan men verwachtte dat het bestond: het higgsdeeltje. Een naar Peter Higgs vernoemd elementair deeltje, volgens een theorie die ook door François Englert en Robert Brout rond dezelfde tijd werd voorgesteld. Het deeltje was in de theorieën al opgenomen alleen hetbewijs dat het deeltje bestaat, was nog niet geleverd. Daarvoor bouwde men de Large Hadron Collider, die staat op het complex van CERN in Geneve. Deze gigantische machine laat deeltjes met grote snelheid op elkaar botsen. Hierdoor kun je meer te weten komen over de substructuren van deeltjes.
Men was vooral ook op zoek naar dat ene nog ontbrekende Higgsdeeltje, teneinde de zwaarte ervan te kunnen vaststellen. Het Higgsdeeltje is wat andere deeltjes 'massa' zou geven, vandaar dat het ook wel de naam 'godsdeeltje' draagt. Overigens noemden sommigen het ook wel eens 'the goddamn particle', omdat het de gemoederen zo bezighield.
Onvoorspelbaar
In 4 juli 2012 bevestigde het CERN dat het deeltje bestaat, 'onder voorbehoud' dat wel. Het kan nog altijd zo zijn dat we er ondanks de mooie passende theorieën toch naast zitten. Toch tipt Gerard 't Hooft Peter Higgs en François Englert - Robert Brout is inmiddels overleden - als toekomstige Nobelprijswinnaars. Dat hadden zij tijdens hun werk in 1964 nooit kunnen verwachten. Wetenschap is en blijft, net als sommige deeltjes, onvoorspelbaar.
Ook de bijkomstige resultaten van fundamenteel onderzoek zijn niet te voorspellen. Het werk van CERN heeft o.a. geleid tot het ontstaan van het World Wide Web en de nauwkeurige apparaten die voor de deeltjesversneller zijn gemaakt leiden tot verbeteringen in de medische sector. Voor meer toepassingen en uitleg van kwantummechanica kijk je de lezing 'krachten en deeltjes' terug. Volgende week vertelt dr. ir. Willem van Schaik over goede en slechte bacteriën. Hoe maken zij ons ziek en hoe maken ze ons beter?
