HEADLINE: Een kosmische douche op het dak ; Middelbare scholieren onderzoeken hoog energetische
deeltjes
BYLINE: BRUNO VAN WAYENBURG
BODY:
Deeltjesdetectoren die scholieren met schaar
en plakband in elkaar zetten, helpen bij het oplossen van een van de grote
raadsels in de
natuurkunde.
Het is mudvol in het bovenzaaltje van het
onderzoeksinstituut Nikhef in de Amsterdamse Watergraafsmeer. Acht scholieren,
twee begeleiders, een verslaggever en een fotograaf scharrelen rond in een
kleine practicumruimte, waar ook nog enkele tafels staan met pc's en
elektronische apparatuur. In de drukte springen twee manshoge zwarte panelen in
het oog. Het zijn onderdelen van detectoren voor kosmische deeltjes, die de
scholieren in elkaar zetten.
Vwo-6-leerlinge Irene Kuling is bezig om een
van de panelen lichtdicht in te pakken in meerdere lagen zwart folie. ''Het
moet heel precies", legt ze uit, ''het is echt heel veel werk. Als ik
thuiskom, en ze vragen wat ik gedaan heb, lijkt het wat weinig: de hele dag een
plaat ingepakt."
Uiteindelijk zal de moeite resulteren in een
detector die in een skibox op het dak van een Amsterdamse middelbare school
wordt neergezet. Inmiddels staan op scholen in de
Amsterdamse regio en het Nikhef drie detectoren, zeven zijn er nog in aanbouw.
Dit alles gebeurt in het kader van het
'Hisparc' (High School Project on Astrophysics Research
with Cosmics), een samenwerking tussen universiteiten, onderzoeksinstellingen
als het Nikhef en middelbare scholen, met de bedoeling om vwo-leerlingen in
aanraking te brengen met wetenschappelijk onderzoek. In Nijmegen, de bakermat
van het project, staan al vier door scholieren gefabriceerde detectoren op
daken. Behalve in Amsterdam zijn ook detectoren in aanbouw in Leiden, Groningen
en Utrecht, in heel Nederland zo'n
natuurkunde-pr
Naast natuurkunde-PR is volgens hem het doel
ook serieus wetenschappelijk onderzoek naar hoog-energetische kosmische
deeltjes. Dat is de verzamelnaam voor protonen, heliumkernen en soms wat
zwaardere atoomkernen die met grote snelheid door de interstellaire ruimte
razen.
Als een kosmisch deeltje zich toevallig in de
aardatmosfeer boort, ontstaat als gevolg van botsingen met gasatomen een
zogeheten 'shower', een waterval van miljarden nieuwe deeltjes, die als een
douche over tientallen vierkante kilometers van het aardoppervlak heen
sproeien. Binnen in de speciale kunststof panelen van de detectoren wekken die
deeltjes kleine lichtflitsjes op, die met gevoelige lichtmeters gedetecteerd
kunnen worden, reden om de detectoren goed af te schermen van buitenlicht.
De sproeiers zijn het best te onderzoeken met
complete netwerken van detectoren, onderling verbonden door
hoge-capaciteits-dataverbindingen. Opeens nemen alle detectoren tegelijk
geladen deeltjes waar, en uit de verzamelde meetgegevens is dan informatie af
te leiden over de energie en de richting van het oorspronkelijke kosmische
deeltje. Bij voorkeur moeten de detectoren daarvoor op een paar kilometer
afstand van elkaar zijn opgesteld, legt Van Eijk uit, wat mooi overeenkomt met
de verspreiding van middelbare scholen in grote steden.
Daarom zou ook het Hisparc-netwerk op de lange
duur bij kunnen dragen aan het oplossen van een van de grote raadsels van het
vakgebied: extreem energetische kosmische deeltjes. Er zijn inmiddels
enkele tientallen kosmische deeltjes gedetecteerd met extreem hoge snelheden,
dicht tegen de lichtsnelheid. Daarmee hebben ze bewegingsenergieen van boven de
tien triljoen elektronvolt (een een met negentien nullen), wat overeenkomt met
de bewegingsenergie van een hard geslagen tennisbal, maar dan geconcentreerd in
een deeltje.
''Er zijn er maar een paar handen vol
gevonden, maar toch is dat echt veel te veel", zegt Van Eijk. Deeltjes met
lagere energieen zouden nog afkomstig kunnen zijn van supernova's, ontploffende
sterren, of 'jets', bundels van versnellende materie die uitgespuwd worden door
bepaalde sterrenstelsels. Voor zulke extreem hoogenergetische kosmische deeltjes
zijn er eigenlijk geen plausibele bronnen, zegt de
hoogleraar. ''Het bestaan ervan is echt een mysterie."
Omdat het aantal waargenomen deeltjes zo klein
is, en omdat er op aarde maar enkele detectornetwerken gebouwd zijn, maakt ook
een relatief eenvoudig en goedkoop netwerk als Hisparc een kans op een bijdrage
aan het onderzoek, verwacht hij.
Aanleiding voor het project was eigenlijk het
tekort aan verse Nederlandse betastudenten. Vakken als natuurkunde en
scheikunde kampen met een 'nerd'-achtig imago of gewoon onbekendheid, merken
onderzoekers, en onderzoeksinstellingen realiseren zich langzamerhand dat ze
iets moeten ondernemen, willen ze in de toekomst nog Nederlandse studenten
trekken.
Hisparc helpt, denkt Van Eijk. ''De
belangstelling van scholen en leerlingen is overweldigend", zegt hij, ook
al moeten de scholen meestal de detector a ruim 6.000 euro deels zelf betalen.
''Als je de detector eenmaal hebt staan, kun je er wel tien jaar leerlingen mee
aan het werk zetten."
warm labzaaltje
Van Eijk erkent dat leerlingen die op
projecten als Hisparc afkomen, toch al een sterke beta-belangstelling hebben.
''Maar in de collegezalen mis ik de groep daar naast nog. Ik denk dat we die
hiermee ook kunnen bereiken. Scholieren zonder natuurkunde in het pakket zijn
hier al geweest om een videoreportage te maken. UEberhaupt het feit dat
leerlingen eens in een laboratorium komen, verlaagt de drempel."
In het al aardig warme labzaaltje klimt
vwo-leerlinge Mara Sandberg op een werktafel om een raampje open te zetten. ''Kijk
uit, voor onze multiplier", klinkt het gebeten als ze bijna op de
apparatuur op tafel lijkt te gaan staan. Duizenden euro's kosten de
lichtdetectiebuizen, een bedrag dat de aanwezigen niet ontgaan is. ''Ik hoop
voor je dat hij het nog doet", zegt Tijs Klaver dreigend. Hij is met een
medeleerlinge de buis aan het afregelen, maar het onderdeel blijkt
ongeschonden.
''Je weet maar nooit wat hiermee ontdekt
wordt", zegt Mara Sandberg, die Irene Kuling even later helpt de detector
te verpakken. ''Als ze hiermee later ooit iets ontdekken, kun je zeggen: daar
heb ik nog aan meegewerkt", stelt Kuling zich voor. Bovendien, geeft ze
met Sandberg toe, is het ook handig om mee te doen aan een groot project dat al
langer draait. ''Hier kun je zo instappen."
Werken aan een detector 'Je weet maar nooit
wat hiermee ontdekt wordt'.