De universiteit in het klaslokaal; UvA-natuurkundigen nemen de les over
Niet alleen in het Frans-Zwitserse CERN houden ze zich bezig met de deeltjesfysica. Ook in het Nederlandse voortgezet onderwijs is het dagelijkse kost. Toch weet de academische wereld niet iedereen te bereiken. Daarom nemen natuurkundigen van het Amsterdamse Nikhef eenmalig de natuurkundeles over op het Petrus Canisius College in Alkmaar.
Om stipt 08:30 uur zoemt de schoolbel door de gangen van het Petrus Canisius College in Alkmaar. De vwo-6 leerlingen druppelen het klaslokaal van natuurkundedocent Paul Zuurbier binnen en nemen plaats aan triangelvormige tafels. Het is geen normale donderdagochtend, meneer Zuurbier staat namelijk niet voor de klas. In plaats daarvan nemen natuurkundigen Saad el Morabit, promovendus aan de UvA, Heleen Mulder, promovendus aan de RUG, van het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) eenmalig de les over.
De les is onderdeel van ‘Onderzoeker in de klas’, waarbij ook de UvA is aangesloten. Dit initiatief wil dat onderzoek en een academische carrière toegankelijker maken voor leerlingen, ongeacht familieachtergrond of opleiding. ‘Uit intern onderzoek bleek dat leerlingen die profielwerkstukken over natuurkunde bij Nikhef komen doen voornamelijk gymnasten zijn’, zegt programmacoördinator Jordy de Vries. Mulder en El Morabit geven ditmaal een lesje in deeltjesfysica en vertellen over hun ervaringen als onderzoeker aan de ruim twintig aanwezige leerlingen.
Lees verder onder de afbeelding.
Het standaardmodel van de deeltjesfysica
‘De deeltjesfysica is de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met de kleinste bouwstenen die er bestaan, de elementaire deeltjes,’ vertelt Mulder. ‘Het zijn deze elementaire deeltjes waaruit bijvoorbeeld atomen zijn opgebouwd,’ legt ze verder uit. ‘Dit staat beschreven in het Standaardmodel van de natuurkunde. ‘Wie kan mij wat vertellen over dit model?’ vraagt Mulder aan het begin van haar les. De klas blijft muisstil. Op het digi-bord verschijnt een ingewikkeld schema waarin quarks, leptonen en bosonen samen met het Higgsdeeltje kleurrijk gerangschikt staan op hun eigenschappen als krachtveld en massa. Een soort periodiek systeem, maar dan voor de natuurkunde.
‘Hoe weten we eigenlijk dat die deeltjes allemaal bestaan?’ vraagt leerling Yander (18). El Morabit legt uit: ‘Dat weten we door verschillende experimenten waarin we bestaande deeltjes op elkaar laten botsen. Bijvoorbeeld in het Frans-Zwitserse CERN, waarin de protonen op hele hoge snelheid op elkaar worden afgevuurd. In deze deeltjesversneller meten we de eigenschappen, zoals de massa, van de nieuw ontstane deeltjes.’ Ondertussen laat Mulder wat foto’s van de 27 kilometer lange ringvormige tunnel van de deeltjesversneller zien. ‘Naast de experimenten komt er ook veel complexe wiskunde kijken die niet te doen is op papier, daar hebben we grote computers voor nodig,’ legt El Morabit verder uit.
Blauwroze bliksemflitsen
Nadat de hersenen van de leerlingen goed zijn gekraakt is het na twintig minuutjes tijd voor een korte pauze, én een demonstratie. De onderzoekers vragen of de gordijnen dichtgedaan kunnen worden en of het licht in het klaslokaal gedimd mag worden. Vooraan het klaslokaal licht een grote glazen bol op. De bol is gevuld met blauwroze “bliksemflitsen”. ‘Even jullie kennis van elektriciteit en gasontlading opfrissen,’ begint El Mobarit. ‘Deze gekleurde draadjes plasma ontstaan doordat elektromagnetische straling het edelgas in de bol ioniseert.’ El Morabit gaat met zijn vingertoppen over de bol waardoor de bliksemflitsen richting zijn vingers gaan staan. ‘Door de elektromagnetische straling kun je indirect ook het gas in een TL-buis aanzetten door deze erbij te houden. Wie wil dat eens proberen?’
Leerling Daniël (17) stapt naar voren en krijgt een TL-buis in zijn hand. Hij houdt net als El Morabit de buis vlak bij de glazen bol. ‘Hoe komt het dat de buis achter mijn hand niet brandt?’ vraagt hij verontwaardigd. ‘Wij mensen zijn geleiders, dus wij ‘aarden’ als het ware de elektrische lading waardoor er geen elektrische stroom door de rest van de tl-buis stroomt,’ legt El Morabit verder uit.
Het leven van een onderzoeker
In het tweede deel van de les delen Mulder en El Morabit hun ervaringen als onderzoekers. El Morabit, die onlangs zijn promotietraject aan de UvA is gestart, vertelt de klas over zijn loopbaan: ‘Vroeger was ik al bezig met het weer werkend krijgen van oude kapotte radio’s. Uiteindelijk ben ik natuur- en sterrenkunde gaan studeren aan de Universiteit van Amsterdam. Mijn master-onderzoek ging over kosmische neutrino achtergrond.’ Dat laatste lijkt een brug te ver voor de klas. Toch probeert hij het eenvoudig uit te leggen. ‘Kosmische neutrino achtergrond is de straling van elementaire deeltjes uit het heelal en zou ontstaan zijn vlak na de oerknal. Zo leren we dat moment beter te begrijpen.’
Mulder doet als natuurkundige vanuit haar promotie aan Rijksuniversiteit Groningen bij het Nikhef onderzoek doet naar verschillende theorieën achter de deeltjesfysica; veel rekenen, weinig experimenteren. Zonder al te technisch te worden verteld ze de klas vlot over haar leven als onderzoeker. ‘Naast onderzoek doen en het schrijven van verslagen ben je als onderzoeker ook veel op reis,’ vertelt ze. Op de achtergrond verschijnen foto’s, waaronder van het Atomium in Brussel. ‘Zo bezoek je verschillende conferenties en ontmoet je verschillende collega-natuurkundigen wereldwijd om kennis en ideeën uit te wisselen.’
Succes
Na afloop van de les blijft nog een groepje leerlingen hangen. ‘Vet om een keer de mensen achter de onderzoeken en de schoolboeken te zien,’ vertelt Fenna. ‘Ik wist helemaal niet dat onderzoek doen zo veel tijd kostte,’ vult Mark aan. Trots hoort Zuurbier het verhaal van zijn leerlingen aan. Mark en Fenna zijn namelijk erg geboeid geraakt door de les en vertellen over hun overwegingen om Aerospace aan de TU Delft of sterrenkunde aan de VU te studeren. Leerling Hayley (17) kijkt bedenkelijk. Zij gooit het toch over een andere boeg, zij gaat voor de studie hotel- en eventmanagment in Amsterdam.
