Neutrino’s voor de leek

Wat zijn neutrino’s? Hoe zat het ook alweer met de
deeltjesfysica? Voor de tweede aflevering van onze samenwerking met Vrij Nederland, vroegen we u om goede bronnen over natuurkunde voor de leek. Wat moeten mensen die in korte tijd op de hoogte willen zijn van de stand van de natuurkunde lezen, zien of luisteren? Hieronder een selectie.

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 discussie over de snaartheorie komt langs en Kraus 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: Okay, wat zou dat impliceren?

Mannetje 1: Weet ik veel…

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.’

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 dus 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.’

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.

Meer weten?

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

Onder deze post zijn alle tips van lezers terug te lezen.