‘Juist wat we níet weten, is interessant’

De wereld om hem heen begrijpen, dat is waar het hem om gaat. Van Vulpen (1973) is universitair hoofddocent aan de UvA en onderzoeker bij het Nikhef, het nationaal instituut voor subatomaire fysica. Hij doet onderzoek naar elementaire deeltjes – de kleinste bouwstenen van de natuur – en was betrokken bij de zoektocht naar het roemruchte higgsdeeltje, dat in 2012 werd ontdekt bij de deeltjesversneller in Genève. De vondst voltooide het zogeheten Standaard model, waarmee alle deeltjes en krachten van de materie kunnen worden verklaard. Maar wie denkt dat we er nu zijn, heeft het mis. ‘Er zijn ontzettend veel dingen die we níet weten,’ zegt Van Vulpen, ‘juist dat is interessant.’

Hij kijkt vol verwachting naar Genève, waar in mei de deeltjesversneller weer is aangezet. Na een onderhoudsperiode van twee jaar botsen de protonen weer op elkaar in de 27 kilometer lange tunnel van het Cern. ‘Een avontuur,’ zegt Van Vulpen, ‘in het allerkleinste ligt een grote wereld verborgen. En we gaan telkens een stapje verder.’

Waar komt uw fascinatie voor fundamentele fysica vandaan?
‘Als kind verbaasde ik me al over van alles. Een oom van me – een wiskundeleraar in opleiding – zei ooit: “Stel Ivo, je laat een stuiterbal op de grond vallen die telkens precies op de helft weer omhoog stuitert, dan komt hij nooit echt stil te liggen. Hij blijft stuiteren; eerst tot vijftig centimeter, dan tot 12,5, dan 6,25, 3,125 en ga zo maar door. Hij komt nooit bij nul.” Dat idee vond ik ontzettend fascinerend. Later hoorde ik over de relativiteitstheorie en de kwantummechanica, dat had voor mij iets magisch. Ik wilde kijken of ik dat ook kon begrijpen en wat blijkt: je kan het dus gewoon leren.’

Maar dat heeft niet iedereen.

‘Die nieuwsgierigheid moet wel in je zitten, denk ik. Ik merk ook dat kinderen er beter in zijn dan volwassenen. Onlangs gaf ik op de school van mijn dochtertjes een gastles over de vraag waarom het ’s nachts donker wordt. Als ik dan vraag: “Hoe kan dat?”, gaan dertig handjes de lucht in. Kinderen hebben een natuurlijke nieuwsgierigheid en associëren er heerlijk vrij op los. Als ik dezelfde vraag tijdens een UvA-college stel, gaan er nul handen de lucht in. Ergens verliezen mensen de natuurlijke onbevangenheid om nieuwe dingen te leren of zich iets af te vragen. Ik zie het ook wel als mijn taak om mijn vrienden in de kroeg te irriteren met dit soort dingen. Dan vraag ik bijvoorbeeld: waar komt elektriciteit eigenlijk vandaan? Niemand die het weet. Niemand. Toch gek, want elektriciteit is zo’n beetje de basis van onze maatschappij. Ik wil altijd weten wat er nou achter zit. Waar komt het heelal vandaan? Hoe is de ruimte ontstaan?’

Daar gaat u nooit achterkomen.

‘Maar we kunnen het wel proberen. We kunnen wel ons best doen en kleine stapjes zetten. We bouwen voort op een traditie en komen telkens een beetje meer te weten over de wereld om ons heen. En we kunnen steeds nauwkeuriger kijken. Als twee mensen met bruine ogen een kind krijgen, dan is de kans groot dat het kind ook bruine ogen heeft. Honderden jaren geleden wisten mensen al dat die genetische informatie ergens wordt opgeslagen. Maar waar? Dát ontdekten ze pas na de uitvinding van de microscoop. De deeltjesversneller in Cern is in feite niets anders dan een reusachtige microscoop, waarmee we telkens kleinere dingen kunnen bekijken.’

Wat hebben we eigenlijk aan fundamenteel onderzoek?

‘Los van de grote vragen die we proberen te beantwoorden komt er een aantal belangrijke bijproducten uit voort. Om de protonen steeds harder te laten botsen in Genève gebruiken we steeds geavanceerdere deeltjesversnellers. Die techniek wordt in ziekenhuizen weer gebruikt bij de bestraling van kanker. Hetzelfde geldt voor de röntgenfoto’s, die willen we het liefst zo nauwkeurig mogelijk. Nou, camera’s maken waarmee je heel goed kleine deeltjes nauwkeurig kunt meten, dat is toevallig onze corebusiness. Hetzelfde geldt voor computernetwerken en dataverwerking – in Genève vinden ongeveer een miljard botsingen per seconde plaats.’

Waar zijn ze nu naar op zoek bij Cern?

‘De belangrijkste vraag gaat over de donkere materie. Het higgsdeeltje was het laatste, ontbrekende puzzelstukje in het Standaardmodel. Dus de materie, en de deeltjes en krachten die daarop van invloed zijn, die begrijpen we nu wel zo’n beetje. Maar wat blijkt? Als je naar het heelal kijkt, dan zit er voor iedere kilo materie die we begrijpen, nog vier kilo van iets wat we níet begrijpen. Dat noemen we de donkere materie, en we hebben geen idee wat het is. We weten wel dat het níet is opgebouwd uit alle dingen die wij in onze theorie hebben. Dus het moet iets heel nieuws zijn.’

Waarom weten we dat donkere materie bestaat?

‘Stel dat ik de zon onzichtbaar maak, dan kun je nog wel de planeten zien die eromheen draaien. We weten dat die planeten niet zomaar ronddraaien, dus dan weet je ook dat er precies in het midden iets zwaars moet zijn. Als je de massa en de snelheid van de planeten kent, kun je ook zeggen hoe groot dat ding in het midden moet zijn. Zo is het nu ook. We zien draaiingen in het sterrenstelsel, maar als we alle krachten en massa bij elkaar optellen, dan klopt het gewoon niet. Er is te veel zwaartekracht. Dus er moet iets zijn wat wél zwaartekracht voelt, maar wat we níet kunnen zien. Mensen verzinnen verschillende theorieën, en door te experimenteren proberen we erachter te komen of die kloppen.’

Wat is de meest plausibele theorie?

‘Die van de supersymmetrie. Volgens deze theorie bestaat er naast de al bekende deeltjeswereld een soort schaduwwereld. Ieder deeltje heeft dus een supersymmetrische partner. De vraag is of we die gaan zien, nu de deeltjes met dubbele energie op elkaar botsen. Sommige deeltjes ontstaan pas bij extreem hoge energie, maar we weten niet hoe hoog die moet zijn. Misschien is de huidige snelheid nét het laddertje dat we nodig hebben om over het muurtje heen te kijken. Misschien ook niet. Dat betekent niet dat de theorie fout is, dan moeten we gewoon de snelheid verhogen. Supersymmetrie zou veel theoretische en wiskundige problemen oplossen.’

Wat zijn de verwachtingen?

‘De deeltjesversneller staat nu drie jaar aan, daarna kunnen we zien of we iets ontdekt hebben. We weten het nooit zeker, maar áls er supersymmetrische deeltjes bestaan, dan moeten we er nu wel een teken van zien. Dus we hebben goede hoop. Trouwens, de deeltjesversneller in Cern is maar één manier om het geheim van de donkere materie te ontrafelen. Van diverse kanten proberen wetenschappers door experimenten te ontdekken wat dat nou eigenlijk is, die donkere materie. Allemaal omdat we gewoon willen weten hoe het zit. Omdat we er wakker van liggen.’

Ligt u er echt wakker van?

‘Ik merk dat ik telkens een stapje terug doe in de vragen die ik stel. Als promovendus ben je druk bezig met zeer specialistisch onderzoek, daarna ga je hoe langer hoe meer je blik verbreden. Door de lezingen die ik geef moet ik ook duidelijk maken welke vragen we stellen en waarom dat belangrijk is om te weten. Wat is nou eigenlijk het doel? Dan besef je weer hoe weinig je eigenlijk van die grote vragen weet. Waarom is de tijd ooit begonnen? Waarom dijt de ruimte uit? Niemand weet dat. Dat is toch gek?’

Het grote wetenschapstalent volgens Ivo van Vulpen: Priscilla Pani (29)

Van welk wetenschappelijk talent gaan we volgens Ivo van Vulpen nog veel horen?

‘Als wetenschapper moet je natuurlijk slim zijn en goed kunnen redeneren, maar om echt verder te komen moet je meer in huis hebben. Priscilla is enorm leergierig. Bij de wekelijkse vergadering op het Nikhef was zij degene die altijd vragen stelde. Veel jonge wetenschappers durven dat niet, uit angst dom over te komen, maar dat is funest voor je ontwikkeling. Priscilla laat zich juist leiden door een natuurlijke nieuwsgierigheid en een enthousiasme waarmee ze het ver gaat schoppen.’

Priscilla Pani: ‘Dat ik wetenschapper wilde worden wist ik al van jongs af aan. Iets met dieren, dacht ik, of toch iets met genetica. Maar uiteindelijk zag ik dat natuurkunde de meest zuivere wetenschap is. In veel vakgebieden spreken theorieën elkaar tegen. In de natuurkunde zijn experimenten zo helder dat ze altijd uitsluitsel bieden tussen verschillende inzichten. Dat vond ik een heel aantrekkelijk idee. Oké, misschien ben ik ook beïnvloed door het feit dat mijn beide ouders natuurkundigen zijn.

Nu zoek ik naar donkere materie bij de deeltjesversneller in Genève. Dat is de mooiste baan ter wereld. Als wetenschapper mag je zelf nadenken, creatief zijn en ben je vrij in je werk – als de financiering eenmaal binnen is tenminste. Iedere dag mag ik puzzels oplossen. Of het nu gaat om een stuk code schrijven of het nalopen van de deeltjesdetector, het geeft me voldoening.

Naast die gedrevenheid is mijn beste wetenschappelijke eigenschap dat ik grote vragen eenvoudig ontleed in kleine, behapbare deelstapjes. En dat ik me niet uit het veld laat slaan. Als ik tevergeefs een analyse uitprobeer, ben ik blij. Ik heb dan ontdekt dat die aanpak niet werkt, dat is waardevolle kennis. Ik ben competent, maar niet intuïtief genoeg om echt uit te blinken. Ik creëer gedegen bouwsels van kennisblokken. De echt briljante onderzoekers doen dat niet. Die zien een probleem, duiken daar in en komen zomaar op de proppen met bijvoorbeeld de relativiteitstheorie. Dat kan ik niet. Maar dat is niet erg. Het opdoen, uitbouwen en overbrengen van nieuwe inzichten voedt mijn leven. Het maakt me een completer mens.’