Nobelprijs voor de natuurkunde: Higgs

In de gangen en op de social media gonsden de namen al langer rond en vandaag werd het officieel: François Englert en Peter Higgs krijgen de Nobelprijs voor de Natuurkunde. In 1964 waren zij één van de eersten die het bestaan van de Higgs boson voorspelden, een missend stukje in de puzzel die natuurkunde heet. Alles wat we zien is opgebouwd uit kleine bouwstenen, de zogenaamde elementaire deeltjes, en verschillende krachten die deeltjes elk op een andere manier beïnvloeden. Onderzoekers bundelden deze kennis in een theorie, genaamd het Standaardmodel. Met dit model konden onderzoekers alles in de wereld uitleggen, van de vorming van sterrenstelsels tot de wisselwerkingen in atomen. Totdat in de jaren zestig bleek dat een aantal van deze elementaire deeltjes een massa had, terwijl de theorie dat niet voorspelde. Het Standaardmodel leek nog niet compleet. Higgs en Englert bedachten een theorie voor het missende puzzelstukje. Het universum zou gevuld zijn met een uniform krachtenveld. Alle deeltjes zouden door dit alom aanwezige krachtenveld bewegen. Sommige van de elementaire deeltjes, afhankelijk van hun eigenschappen, zouden extra massa krijgen dankzij het Higgs boson. Je kunt het zien als de avondvierdaagse. Stel, een vriend van je loopt mee met de avondvierdaagse. Je besluit de laatste dag langs de kant te gaan staan voor support. Als je daar aankomt, lijken meer mensen hetzelfde idee te hebben: het ziet zwart van de toeschouwers. De lange rij met toeschouwers stelt het constante Higgs veld voor. Je ziet de wandelaars gestaag voorbij komen, als een stroom elementaire deeltjes. Als je vriend langsloopt, ziet hij je in de massa staan en komt even een praatje maken. Het valt hem zwaar: het is nog een eindje en zijn laatste chocoladereep is al op. Maar jij zag dat al aankomen, dus je hebt er eentje extra meegenomen. Je geeft de reep aan je vriend. Hierbij veranderen alleen zijn eigenschappen, niet die van de andere wandelaars. In het Higgs scenario krijgen dus ook alleen bepaalde elementaire deeltjes massa.

Foto: Eric Heupel (cc)

Honderd jaar supergeleiding

Deze gastbijdrage is van Aron Beekman, promovendus theoretische natuurkunde aan de Universiteit Leiden.

Kamerlingh OnnesPrecies 100 jaar geleden, op 8 april 2011, konden Heike Kamerlingh Onnes en zijn medewerkers in het natuurkundig laboratorium aan het Steenschuur te Leiden hun ogen niet geloven. Bij het meten van de elektrische weerstand aan kwik verdween die weerstand plotseling toen het kwik afgekoeld werd tot 4.2 graden boven het absolute nulpunt (-273°C). Onnes had het fenomeen van supergeleiding ontdekt. Deze extreme temperatuur realiseerde hij doordat hij kort daarvoor als eerste ter wereld het edelgas helium tot vloeibare toestand had gedwongen. Hiervoor werd hij in 1913 beloond met de Nobelprijs.

Om deze historische gebeurtenis in de natuurkunde te vieren worden dit jaar over de hele wereld evenementen en activiteiten georganiseerd. En aanstaande vrijdag zal op de plaats van de ontdekking zelf, in Leiden, een speciaal symposium gehouden worden om de ontdekker en zijn nalatenschap te eren. Maar wat is supergeleiding eigenlijk, waarom is het zo’n bijzonder verschijnsel en hoe kwam de ontdekking tot stand? Over dat laatste kwam pas dit jaar echte duidelijkheid.

Heike Kamerlingh Onnes

Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) was een Groninger die in 1882, drie jaar na zijn promotie, in Leiden een aanstelling tot hoogleraar aanvaarde door een oratie met de ambitieuze titel “De annunciatie van de moderne experimentele fysica in Nederland”. Onnes had een visie om lichte gassen vloeibaar te maken en daardoor zeer lage temperaturen te bereiken en zette meteen alle middelen in om dat te bewerkstelligen. Door seculiere en wetenschappelijke tegenslagen werd hij net gescoopt door James Dewar te Londen die als eerste de vloeibare vorm van waterstof produceerde in 1898. Onnes had echter grotere plannen, en richtte zijn laboratorium, gevestigd op de plek waar in 1807 de buskruitramp plaatsvond, zo in dat er op grote schaal vloeibare lucht (stikstof) en waterstof konden worden geproduceerd. Hiermee konden talloze experimenten bij lage temperaturen gedaan worden, én onderzoek naar het vloeibaar maken van het laatste nog niet bedwongen gas: helium.

Foto: Eric Heupel (cc)

Deeltjesfysica in het Hoenderdossiaans

Wat mij dan opvalt, als ik de stukken lees over CERN, het Higgsdeeltje, en het standaardmodel van de theoretische natuurkunde; is dat het menselijke denken over het universum in pakweg 2500 jaar niet wezenlijk is veranderd.

(cc) WikipediaLaat mij beginnen met, in mijn eigen lekenwoorden, uitschrijven wat men in CERN probeert te doen. Voor zover ik het allemaal heb begrepen, en ik kan er natuurlijk naast zitten, want ik ben geen natuurkundige, is dat een zekere Peter Higgs ooit heeft bedacht dat er een deeltje moet zijn, dat andere deeltjes massa geeft. In het Hoenderdossiaans: U en ik zijn gemaakt van moleculen, die gemaakt zijn van atomen, die gemaakt zijn van electronen, protonen en neutronen, die gemaakt zijn van quarks die op hun beurt niet meer ergens van gemaakt zijn, want quarks zijn zogenaamde ‘elementaire deeltjes’. Samen met zogenaamde leptonen en ‘gauge bosons’ vormen zij de legosteentjes waar alles andere legosteentjes van gemaakt zijn.

Er is een hele familie van deze elementaire deeltjes waargenomen, en allemaal hebben ze nét even iets andere eigenschappen en kenmerken. Het gaat een beetje ver om het hele standaardmodel uit te leggen, bovendien kan ik dat helemaal niet. Wat ik ervan heb begrepen is in elk geval dat deeltjes met een ‘hele spin’ (of beter gezegd: een integer spin) bosons worden genoemd, en deeltjes met een halve spin Quarks of Leptonen. Die laatste twee (de deeltjes met een halve spin) worden met materie – u, ik, een bak spaghetti, bomen, het strand enzovoorts – in verband gebracht, en de bosons gaan over ‘krachten’. Denk aan zwaartekracht, electromagnetisme enzovoorts.

Lezen: Venus in het gras, door Christian Jongeneel

Op een vroege zomerochtend loopt de negentienjarige Simone naakt weg van haar vaders boerderij. Ze overtuigt een passerende automobiliste ervan om haar mee te nemen naar een afgelegen vakantiehuis in het zuiden van Frankrijk. Daar ontwikkelt zich een fragiele verstandhouding tussen de twee vrouwen.

Wat een fijne roman is Venus in het gras! Nog nooit kon ik zoveel scènes tijdens het lezen bijna ruiken: de Franse tuin vol kruiden, de schapen in de stal, het versgemaaide gras. – Ionica Smeets, voorzitter Libris Literatuurprijs 2020.

Doe het veilig met NordVPN

Sargasso heeft privacy hoog in het vaandel staan. Nu we allemaal meer dingen online doen is een goede VPN-service belangrijk om je privacy te beschermen. Volgens techsite CNET is NordVPN de meest betrouwbare en veilige VPN-service. De app is makkelijk in gebruik en je kunt tot zes verbindingen tegelijk tot stand brengen. NordVPN kwam bij een speedtest als pijlsnel uit de bus en is dus ook geschikt als je wil gamen, Netflixen of downloaden.

Doneer!

Sargasso is een laagdrempelig platform waarop mensen kunnen publiceren, reageren en discussiëren, vanuit de overtuiging dat bloggers en lezers elkaar aanvullen en versterken. Sargasso heeft een progressieve signatuur, maar is niet dogmatisch. We zijn onbeschaamd intellectueel en kosmopolitisch, maar tegelijkertijd hopeloos genuanceerd. Dat betekent dat we de wereld vanuit een bepaald perspectief bezien, maar openstaan voor andere zienswijzen.

In de rijke historie van Sargasso – een van de oudste blogs van Nederland – vind je onder meer de introductie van het liveblog in Nederland, het munten van de term reaguurder, het op de kaart zetten van datajournalistiek, de strijd voor meer transparantie in het openbaar bestuur (getuige de vele Wob-procedures die Sargasso gevoerd heeft) en de jaarlijkse uitreiking van de Gouden Hockeystick voor de klimaatontkenner van het jaar.