Waarom is er niet niks?

Ons universum begon met de oerknal. Hoe ontstonden toen de bouwstenen van materie waaruit uiteindelijk leven wordt gevormd? En wat is er gebeurd met de antimaterie die ook vrijkwam bij de oerknal? Natuurkundige Marcel Merk probeert de geheimen van de kleinste deeltjes te ontrafelen en de rol die zij spelen in het ontstaan van het universum.

 Anita Boelsums | Foto Frank Schoevaart

‘Laten we wel wezen,’ en Merk slaat met zijn hand op zijn bureau, ‘waarom gaat mijn hand niet door het bureau heen als ik erop sla? Wat gebeurt hier eigenlijk? Dat hield me als kind al bezig.’ Hij legt uit hoe materie uit atomen bestaat. ‘Een kern met daaromheen een elektron en negenennegentig komma negenennegentig procent helemaal niks. Dus je slaat eigenlijk met niks op niks. Wat gebeurt er dan…?’ Hij antwoordt zelf: ‘Ja, dat zijn dus elektrische krachten, veroorzaakt door elektronbanen in die atomen die elkaar afstoten. Die voel je pas als je vlakbij komt.’ De raadselen der aarde. Het belooft een interessant gesprek te worden.

Deeltjesversnellers
Hij heeft me net rondgeleid door het Nikhef, het nationaal instituut voor subatomaire fysica. Hier, op het Science Park, vindt onderzoek plaats naar de kleinst mogelijke, elementaire, deeltjes, aan de hand van botsingen in deeltjesversnellers. Dat gebeurt veelal in internationale samenwerkingsverbanden. De onderzoeksprojecten van het Nikhef gebruiken meetapparatuur die wel vaak in het instituut zelf gemaakt wordt, maar dan is ondergebracht bij versneller-installaties zoals het CERN in Genève.

Zangerig
Marcel Merk komt over als een vrolijke en gedreven Limburger, geboren en getogen in Maastricht en is inmiddels 60 jaar. Hoewel hij al jaren in Diemen woont, liggen Limburg en – getuige zijn CV waar de persoonlijke gegevens in het Limburgs vermeld worden – de taal hem nog steeds na aan het hart. Gelukkig voor hem werkt hij er ook deels. Met zijn kinderen appt hij in het Maastrichts dialect. ‘Mestreech’, zegt hij. ‘In de plaatsen rond Maastricht ga je aan het einde van de zin vaak in toon omhoog en in Maastricht ga je omlaag. Dat is heel erg zangerig.’ Hij doet het voor. Maar goed, daar kwamen we niet voor.

Mijmeren in de nacht
Waarom was hij als kind al geïnteresseerd in het universum? ‘Het heeft me altijd bezig gehouden. Hoe dat komt weet ik niet,’ vertelt Merk. ‘Vanaf mijn tiende was ik samen met een vriendje lid van de Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde, een leuke amateurclub. In de tuin keken we met zijn sterrenkijker vooral naar de maan. En met onze moeders gingen we dan naar voordrachten en bijeenkomsten. Soms was Chriet Titulaer er en vroegen we zijn handtekening.’ Natuurkunde op de middelbare school ging hem gemakkelijk af. ‘Al die andere vakken zoals scheikunde en biologie vond ik veel te ingewikkeld. In natuurkunde heb je gewoon oorzaak en gevolg, klaar. En je leert goed analyseren.’

Het was helemaal niet vanzelfsprekend dat hij de wetenschap in ging. Zijn vader had een drogisterij en zijn moeder was daar schoonheidsspecialist. ‘Het zat gewoon in me, die natuurkundige nieuwsgierigheid. En nog steeds. Ik kan er mijn familie gek mee maken en lig ook vaak ’s nachts te mijmeren over allerlei vragen.’

Smaakpuzzel
Merk doet onderzoek naar beauty-quarks. Wat zijn dat precies? ‘Quarks zijn de fundamentele deeltjes (dus niet meer deelbaar) in de natuurkunde die de grotere deeltjes als protonen en neutronen vormen,’ legt hij uit. ‘Er zijn zes soorten, ‘smaken’ zeggen wij ook wel, het b-quark hebben wij beauty quark genoemd. Mijn onderzoek richt zich dus op iets dat wel de smaakpuzzel wordt genoemd, de vraag waarom er zes soorten quarks bestaan. Een van onze experimenten is het Large Hadron Collider beauty experiment. Daarin bekijken we hoe beauty quarks zich gedragen. Die moeten overigens eerst gemaakt worden in de versneller van de CERN want die bestaan niet zomaar los in de natuur. Maar goed, we bekijken bijvoorbeeld of de beauty-quark altijd op dezelfde manier als het anti beauty-quark verdwijnt. Hiermee verzamelen we gegevens over materie en antimaterie. Nog steeds is het een groot raadsel waarom er geen antimaterie meer is in het universum.’

Formule van het universum
Antimaterie? Hij vervolgt: ‘Voor elk deeltje, dus materie, bestaat een overeenkomstig antideeltje, dat in alle opzichten identiek is, maar een tegengestelde lading heeft. Dat heeft de Britse natuurkundige Paul Dirac in 1928 ontdekt. Als een deeltje zijn antideeltje ontmoet, vernietigen zij elkaar, resulterend in een flits van energie. Je zou kunnen zeggen: dan is er niets – of alleen maar energie. Heel kort na de oerknal bestonden er gelijke hoeveelheden materie en antimaterie. Maar een minieme fractie van een seconde na de oerknal was antimaterie zo goed als verdwenen, waardoor materie alles vormde wat we om ons heen zien — van de sterren en sterrenstelsels tot de aarde en al het leven dat het ondersteunt. Hoe kan dat, waar is die antimaterie gebleven? Kortom: waarom is er iets en niet niets? Dat is de basisvraag die aan het CERN-onderzoek ten grondslag ligt. Wij zijn op zoek naar de formule van het universum die alles beschrijft.’

Wat hebben we eraan?
En dan de hamvraag voor de gewone mens: wat hebben we aan dat onderzoek? Merk lacht: ‘Omdat wij bij het CERN als idioten alles willen berekenen pushen wij de technologie om telkens geavanceerdere en kleinere elektronica te maken.’ Zo komen de computerchips voort uit het CERN-onderzoek, chips die wij dagelijks gebruiken in onze auto’s, telefoons en computers. En de PET- scan en de Tom Tom en allerlei sensoren. ‘En al die duizenden wetenschappers die aan het CERN verbonden zijn wilden met elkaar communiceren. Toen hebben ze in 1989 een infrastructuur bedacht om informatie beschikbaar te stellen via het toen nog niet zo bekende Internet: het World Wide Web, het www.’

Spel
Maar al die spin-offs zijn niet zijn drijfveer. ‘Nee, laat ik eerlijk zijn, ik doe dit onderzoek in de eerste plaats voor mezelf. The pleasure of finding things out zoals de briljante natuurkundige Richard Feynman ooit opmerkte. Er zou ook nooit iets ontdekt worden als het niet als spel begint. Bijvoorbeeld: honderdvijftig jaar geleden hadden we kaarsen als verlichting. Stel dat we alleen maar die kaarsen zelf hadden bestudeerd dan zouden we nooit tot de elektrische verlichting zijn gekomen. Je hebt mensen nodig zoals Edison en Einstein, die spelen.’ Merks onderzoek heeft hem al heel veel tevredenheid gebracht – ‘wat ik allemaal geleerd heb de afgelopen jaren is ongelofelijk’- maar stoppen zal hij nooit: ‘Ik wil nog wel een stap maken voor ik tussen zes plankjes lig!’