Wat zijn neutrino’s? Hoe zat het ook alweer met de deeltjesfysica?

Weet ik veel

In een geestige en indringende lezing beschrijft theoretisch fysicus Lawrence Krauss de staat van de natuurkunde. De lezing gaat onder meer over de vraag hoe het kan dat uit niets een heel universum is ontstaan (simpel: het energieniveau in het heelal is nul, er is net zoveel positieve als negatieve energie). Ook kijkt hij miljarden jaren vooruit naar een sombere toekomst waarin ons nageslacht eenzaam en onwetend in een leeg heelal woont.

Krauss vertelt vooral veel over hoe we weten wat we nu weten en wat de beperkingen daarvan zijn. De vijfentwintig jaar oude discussie over de snaartheorie komt langs en Krauss vat die mooi samen in een tweegesprek tussen twee mannetjes:

Mannetje 1: Ik had net een fantastisch idee: stel dat alle materie en energie gemaakt is van kleine trillende ‘snaren’.

Mannetje 2: Oké, wat zou dat impliceren?

Mannetje 1: Weet ik veel…

gids.vn/krauss

Muffins en biljartballen

Deeltjesfysicus en voormalig toetsenist van de Britse band D:Ream Brian Cox legt in een filmpje de belangrijkste ontwikkelingen in zijn vakgebied uit. Voor mensen die zich van natuurkunde hoogstens ‘iets met atomen’ kunnen herinneren, is het een erg goede inleiding. Met een permanent verrukte glimlach voert hij in vijftien korte verhaaltjes de kijker langs elektronen, neutronen, protonen, quarks, gluons en Higgsdeeltjes, en waar het kan legt hij de zaken uit aan de hand van attributen als muffins, biljartballen en schaatsende meisjes. Elke mini-aflevering eindigt met een cliffhanger en bijbehorende spannende muziek. In het deel erna zien we dan hoe andere wetenschappers voortborduren op de bevindingen uit de vorige aflevering. De film maakt duidelijk hoe spannend wetenschap kan zijn.

Hoogtepunt is het moment in het dertiende deel, wanneer Cox het Higgsmechanisme uitlegt met een simpele analogie. Als een populaire docent over een grasveld (het universum) loopt vol met studenten (Higgsdeeltjes), komen alle studenten naar hem toe. Hij heeft dan massa verzameld. Als een minder populaire docent (Brian Cox) hetzelfde doet, kan hij rustig doorlopen. ‘Everyone ignores me. I’m a massless particle, like a photon,’ zegt Cox stralend. ‘I can travel through the universe unimpeded, at the speed of light.’

gids.vn/briancox

Pokerspeler

Theoretisch fysicus Marcel Vonk bespreekt op zijn zeer toegankelijk geschreven weblog de mogelijke verklaringen voor de uitkomst van het neutrino-experiment. De eerste optie is dat het experiment een meet- of rekenfout bevat: de metingen zijn enorm complex en er kan dus gemakkelijk een klein detail over het hoofd zijn gezien. Dit lijkt Vonk het meest waarschijnlijk: ‘Als ik als pokerspeler mijn geld op één van de mogelijkheden zou moeten zetten zou het nog altijd deze zijn.’

Vervolgens noemt hij twee opties waarbij het experiment wél klopt, zonder dat dat inhoudt dat Einsteins speciale relativiteitstheorie overboord gezet zou moeten worden. Volgens Einstein kunnen ‘massieve deeltjes’ niet sneller gaan dan het licht. Het zou kunnen dat neutrino’s een bijzonder soort massa hebben: ‘Doordat dit soort deeltjes geen “gewone” massa hebben, gedragen ze zich anders dan [normale] massieve deeltjes, en kunnen ze wel degelijk sneller dan het licht bewegen.’ Een andere mogelijkheid is dat de juistheid van de metingen nog niet betekent dat neutrino’s inderdaad sneller gaan dan het licht. Hoe kan dat? Neutrino’s ‘snijden een stukje af’ en komen daardoor toch sneller bij hun eindbestemming aan. Zie het weblog om deze raadselachtige optie beter te begrijpen.

Ten slotte zou het kunnen dat het experiment klopt en de speciale relativiteitstheorie ontkracht. Vonk wijst erop dat dit niet betekent dat de hele theorie waardeloos is geworden; deze zou alleen moeten worden aangepast. ‘Die aanpassing zal niet heel groot zijn: bedenk goed dat neutrino’s wel bijna met de snelheid van het licht reizen.’

gids.vn/vonk

Neutrino’s op de Zuidpool

Een klein poppetje, woorden, tekeningen en een voice-over leggen in een filmpje uit hoe neutrino’s werken. Jij, ik, een pen en een snoepreep, alles wat we zien, is ‘reguliere materie’. Die bestaat uit atomen. Die atomen zijn weer opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen, die bijeen worden gehouden door de sterke kernkracht (de protonen en neutronen, samen de atoomkern) en de elektromagnetische kracht (de elektronen). Neutrino’s trekken zich niets van deze krachten aan, en gaan dus dwars door reguliere materie heen.

De maker van het filmpje onderzoekt neutrino’s op de Zuidpool door diepe schachten te graven en daar lichtsensoren in aan te brengen. Hij spreekt niet over de deeltjesversneller, en kon ten tijde van dit filmpje nog niet weten dat de neutrino’s door het onderzoek bij het CERN wereldnieuws zouden worden. Toch is dit een handige, eenvoudige introductie in het wezen van dit piepkleine deeltje.

gids.vn/zuidpool

Meer weten?

Op de VN-site is een selectie gemaakt van inzichtelijke blogs over natuurkunde, deeltjesfysica en neutrino’s.

Op Sargasso zijn alle tips van lezers terug te lezen.

gids.vn/meerneutrino

Bad Science

Er is niemand die wetenschap zo vlijmscherp becommentarieert als Ben Goldacre. In zijn column ‘Bad Science’ in The Guardian fileert hij wekelijks wetenschappelijke claims waar de massamedia over berichten. Hij pluist onderzoeksmethoden uit, bestudeert de bestaande literatuur en gaat nauwkeurig na of de conclusies van onderzoek logisch uit de resultaten volgen. Pseudowetenschap en experimenten die gefinancierd zijn door de farmaceutische industrie hebben zijn speciale aandacht. Goldacre (meer dan 145.000 volgers op Twitter) geeft debunking een nieuwe betekenis. Leerzaam en een genot om te lezen. Keihard. Als Goldacre in Nederland zou wonen had Diederik Stapel wel twee keer nagedacht voordat hij zijn onderzoek naar buiten bracht.

gids.vn/goldrace

Sargasso

Iedere week stelt weblog Sargasso zijn lezers een open vraag over een actueel thema: wat zijn de beste bronnen bij het nieuws? Alles mag: filmpjes, teksten, weblogs. Vrij Nederland en Sargasso maken vervolgens een selectie. Dit experiment – crowdsourcing in hip jargon – zal vier weken duren.