Donkere hoeken van de deeltjesfysica, de natuurkunde van nog niet ontdekte deeltjes

Met De deeltjessafari levert Jean-Paul Keulen, chefredacteur van het tijdschrift KIJK, wederom een zeer begrijpelijk en vermakelijk boek af over een van de meest abstracte gebieden van de natuurkunde. Dit keer richt hij zijn pijlen op de nog níet ontdekte deeltjes.

31 december 2014

‘De De deeltjessafari is geen cynisch deel twee, dat ik op aandringen van de uitgeverij met tegenzin uit mijn mouw heb moeten schudden’, schrijft Jean-Paul Keulen zelf. Zijn eerste boek De deeltjesdierentuin dat in 2012 verscheen was een succes (inmiddels de achtste druk) en dat smaakte ook voor hemzelf naar meer.

Keulen besprak in zijn eerste boek de belangrijkste bestaande deeltjes. In De deeltjessafari neemt hij de deeltjes onder de loep waarvan het bestaan niet is aangetoond, maar waarvoor wel aanwijzingen of vermoedens bestaan. Dat zijn er heel wat, want wie denkt dat de deeltjesfysica met de ontdekking van het langgezochte higgsdeeltje – gevonden in 2012 – af is, heeft het helemaal mis.

Klein, kleiner…

Waarom zouden de kleinste deeltjes die we kennen, quarks, bijvoorbeeld niet uit nóg kleinere deeltjes bestaan? Eerst bleken atomen op te delen in kleinere deeltjes: de elektronen, neutronen en protonen. Ook deze deeltjes werden later gesplitst in verschillende ‘quarks’. Het begin van deze safari leidt langs de zogenoemde preonen, de theoretische bestanddelen van quarks waarvan overigens ieder spoor ontbreekt in experimenten.

De Large Hadron Collider is blijkbaar niet krachtig genoeg om quarks in kleinere deeltjes op te breken.
UCI UC Irvine via CC BY-NC-ND 2.0

Waarom komen de quarks en andere kleine deeltjes voor in drie zogenoemde generaties van deeltjes? Is er misschien een vierde generatie die we nog niet hebben gevonden? Hoe zit het met het graviton, het nog niet gevonden boodschapperdeeltje van de zwaartekracht? Bestaan magnetische monopolen, en kan er een compleet universum van spiegeldeeltjes bestaan waar we ons niet bewust van zijn?

Keulen pakt deze vragen grondig aan. Eerst legt hij uit waarom wetenschappers überhaupt vermoeden dat dat dergelijke deeltjes bestaan, daarna bespreekt hij verschillende theorieën en experimenten die in de loop der jaren antwoorden poogden te geven. Of mogelijk in de toekomst antwoord kunnen geven.

Dat gaat van gerespecteerde theorieën en experimenten tot aan fanatieke wetenschappers die kosten wat kost het bestaan van ‘hun’ deeltjes verdedigen. Of de bizarre constatering dat een graviton-detector misschien wel zó zwaar moet zijn dat hij acuut zal instorten tot een zwart gat.

Aan de hand

Het boek is over het algemeen zeer goed te volgen, ondanks het vrij hoge tempo. Soms dreigt de lezer echter iets te veel op zijn bordje te krijgen. Er is weinig ruimte om bij te komen van de introductie van bijvoorbeeld CP-symmetrieschending of spiegelmaterie. Gelukkig is het boek erg goed geschreven. Keulen neemt de lezer aan de hand en vertelt steeds wát hij heeft uitgelegd en waarom dat belangrijk is.

Op andere momenten laat hij de al te zware kost bewust achterwege. Het gevaar daarvan is dat je soms nét iets meer zou willen weten, maar over het algemeen voelt dit niet als een groot gemis. Keulen laat in ieder geval weer zien dat hij de lezer – net als in zijn eerste boek – goed aanvoelt. Net als je denkt: dit is wel ver gezocht, schrijft hij: ‘… vind je dat ver gezocht?’

Dit sterrenstelsel leverde een bewijs voor donkere materie.
NASA, X-ray: NASA/CXC/M.Markevitch et al. Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al. Lensing, CC By 2.0

Donkere hoeken

Donkere materie komt in veel hoofdstukken terug, het boek had bijna ‘kandidaten voor donkere materie’ kunnen heten. Toch is dit geen onevenwichtigheid, het illustreert hoe groot het nog altijd onopgeloste ‘probleem’ van donkere materie in de astronomie is.

Keulen geeft in De deeltjessafari in ieder geval een mooi overzicht van waar de deeltjesfysica nu mee bezig is. Een tocht die leidt langs vrijwel alle grote deeltjesexperimenten van deze tijd. Als een ware gids bespreekt Keulen aan het einde van zijn boek nog eens wat we allemaal hebben gezien op deze safari. Hij biedt zelfs zijn excuses aan voor deeltjes die in de toekomst ontdekt worden en die hij niet heeft behandeld.