`Verrek, dat is het'

Martinus Veltman was volgens collega-fysici eind jaren zestig bezig een stoffig hoekje van de natuurkunde schoon te vegen. Afgelopen dinsdag won hij samen met zijn leerling Gerard 't Hooft de Nobelprijs voor de Natuurkunde.

`WACHT, ik trek de stekker eruit', zegt Martinus Veltman wanneer ons gesprek opnieuw wordt verstoord door een rinkelende telefoon. De kersverse Nobelprijswinnaar beent naar een hoek van de kamer, tast naar het gewraakte snoer en roept zijn vrouw toe de honneurs waar te nemen. Ook de boeketten die een dag na het grote nieuws uit Stockholm nog altijd aan de lopende band worden bezorgd, komen voorlopig niet verder dan de keuken. Anderhalf uur neemt Veltman om zijn verhaal te vertellen – alleen Simon van der Meer, vanuit Genève aan de telefoon, mag als vriend en collega-Nobelprijswinnaar (in 1984) inbreken om zijn gelukwensen persoonlijk over te brengen.

``Gisteren was het hier een gekkenhuis'', zegt Veltman terwijl hij weer gaat zitten. ``En iedereen maar dooremmeren over het maatschappelijk nut van mijn theorie. Het is zo'n gezeur. Natuurlijk is hetgeen ik doe in breder verband wel degelijk van betekenis voor de maatschappij. Ik had een promovendus uit Algerije die later naar zijn geboorteland terugkeerde. Hij schreef me hoe slecht de voorzieningen op zijn instituut waren, maar tegelijk is hij door zijn kennis bij uitstek in staat zo'n land naar een hoger plan te tillen. Maar ja, zo'n verhaal is veel te ingewikkeld, dus krijg je de vraag of je werk betere stofzuigers oplevert. Als theoreticus ben je zeer eenzaam, alleen een handjevol collega's snapt wat je aan het doen bent. En die zijn dan ook nog eens volop bezig je te weerleggen.''

Voor Veltman is er niets mooier dan in de fundamenten van de natuur rond te gaan. ``Dat heeft me altijd gebiologeerd. Noem het een ontdekkingsreis: je klimt over de volgende bergkam en wat zul je nu weer te zien krijgen? Die sensatie heb ik voor het eerst gevoeld in 1961. In Genève begon de CERN-deeltjesversneller zijn eerste neutrino-experiment en ik was erbij. Neutrino's zijn een soort spookdeeltjes, ze vliegen bijna overal doorheen. Reusachtige dradenkamers, bellenvaten, fotodetectoren: met open mond keek ik toe hoe de botsingsexperimenten verliepen. Wat zou er gebeuren? Zit daar soms een vectorboson? En wat voor interactie zou zo'n deeltje, dat de zwakke wisselwerking overdraagt, te zien geven? We begrepen er aanvankelijk niets van. Aanwezig zijn wanneer de volgende bocht wordt genomen, het is een onbetaalbare ervaring.''

IJL GEZWAM

Als theoretisch natuurkundige staat Veltman het liefst met twee benen in de realiteit. ``Dat is helemaal mijn aard. Dat vond ik ook een fors nadeel van Nederland: je stond enorm ver weg van het experiment. Je deed theorie in het abstracte, je wist niet eens waar het op sloeg. In Genève kon ik dingen uitrekenen, wat rechtstreeks van invloed was op de inrichting van het experiment. Voor mij moeten de dingen verband houden met de realiteit. IJl gezwam over de 27-dimensionale ruimte, zoals je in de snaartheorie ziet: het pakt mij niet. Zolang het niet aansluit bij de data is het geen natuurkunde. We hadden in Genève stukken en flarden van een theorie. Vectorbosonen waren er sinds 1957, maar hoe ze met elkaar wisselwerkten wist niemand. Je experiment verschaft je een wijzer die zegt welke kant het met de theorie op moet. Zonder kan ik niet werken.''

De liefde voor de natuurkunde zat er bij Veltman al vroeg in. ``Laat ik een anekdote vertellen'', zegt hij. ``Aan een diner in Washington zat eens een admiraal, met naast hem een ratelende dame. Die zei: `Ah, wat was u voor u admiraal werd?' En de admiraal antwoordde: `Baby, mevrouw.' Bij mij is het niet anders. Ik kreeg op mijn vierde een doos lampjes en draadjes en sindsdien heeft het me niet losgelaten. In 1943 ging ik naar de HBS. Met de grootste moeite worstelde ik me er doorheen. Dat kwam door de talen, die krijgen in Nederland een idioot accent en ik ben er niet goed in. Ik kom uit Waalwijk. Bij ons thuis stond leren hoog in het vaandel, ik kom uit een familie van onderwijzers. Mijn voorland was het om naar de MTS te gaan. Als HBS'er stroom je binnen in klas 2, maar omdat mijn rapport zo slecht was lag dat moeilijk. Toen is de leraar natuurkunde – mijn enige lichtpunt in die school – bij ons thuis geweest om mijn ouders te zeggen dat ik naar de universiteit moest. Het wekte grote verbazing, dat kwam in niemands hoofd op, ik was een van de eersten in Waalwijk die de sprong waagden. Zolang ik niet op kamers ging konden mijn ouders het net betalen.''

Veltman begon zijn studie in Utrecht in 1948 en is er in 1963 gepromoveerd. ``De oorlog had het wetenschappelijke leven in Nederland enorm kwaad gedaan'', zegt hij. ``De goede mensen waren vertrokken, het onderwijs stond op laag niveau. Vóór je kandidaats werd in Utrecht hoegenaamd geen natuurkunde behandeld die na 1900 was uitgevonden. Geen relativiteitstheorie, geen quantumtheorie, een saaie boel. De weg naar mijn kandidaats was moeizaam, ik had in Utrecht grote problemen met de heer Freudenthal. Die speelde voor dictator en dat werkt op mij als een rode lap op een stier. Op een gegeven moment zei hij: òf je haalt dat examen òf ik zorg dat je je beurs kwijtraakt. Dat was voor mij reden geen kandidaats te doen. Zonder beurs liep ik grote vertraging op, nog versterkt omdat ik in militaire dienst moest. Tegen de tijd dat ik in het vak kwam en aan mijn promotie kon beginnen, was ik een grijsaard van tegen de dertig.''

Van groot belang voor de wetenschappelijke ontwikkeling van Veltman was de komst naar Utrecht van de theoreticus Van Hove, zijn promotor. ``Toen Van Hove begin jaren zestig op het CERN werd benoemd kon ik met hem mee. Mijn onderwerp was de zwakke wisselwerking, een van de vier basiskrachten in de natuur die speelt in de wereld van het allerkleinste en die bevolkt wordt door elektronen, quarks en al die andere elementaire bouwstenen van de materie. Het ergerde me dat er helemaal niemand in Nederland was die op dat gebied iets kon uitrekenen. Ze zaten allemaal abstracte dictaten en boeken vol te schrijven maar als je vroeg `hoe groot is dat getal nou?' dan gaven ze niet thuis. In Genève zette een Amerikaan, een leerling van Feynman, me op het spoor. Het lukte me het een en ander uit te rekenen, precies op een moment dat ze bij dat neutrino-experiment zaten te springen om uitkomsten. Opeens zat ik er dik in, ik had mijn stek gevonden.''

Het is Veltmans stijl niet om in een hoekje aan wiskunde te doen. ``Ik ben er ook niet zo goed in'', zegt hij. ``Dat slimme heeft 't Hooft wel. Bij mij moet hetgeen ik onder handen heb leven, in de werkelijkheid staan, je moet het kunnen beetpakken. Dus zat ik in Genève bij het experiment om alle events – botsingen waar je wat aan hebt – die eruit rolden nader te bekijken. Simon van der Meer was daar ook, die had voor dat neutrino-experiment een speciale hoorn ontwikkeld om de deeltjesbundel te focusseren. Pang, pang, zei dat ding, iedere drie seconden ontlaadde er een condensator om een enorme stroom door die toeter te jagen en dat gaf een knal. Het was een fantastische tijd, iedere nacht was ik tot in de vroege uurtjes in touw. Zo ontwikkel je een smaak voor wat wáár is, hoe zeker iets is, wie een goeie vent is. Ik heb in Genève zwaar zitten rekenen en die fascinatie is gebleven. Die vermenging van theorie en experiment ben ik altijd trouw gebleven, het is voor mij een natuurlijke habitat.''

Toen Veltman in 1966 in Utrecht tot hoogleraar benoemd werd, was dat een abrupte verandering. ``Geen woelig CERN-klimaat meer maar een totaal vacuüm. In Utrecht was niks op het gebied van de deeltjesfysica, dat weet iedereen, daar beledig ik niemand mee. De eerste jaren in Utrecht kon ik maar moeilijk een richting vinden. Ik hield me bezig met de zwakke wisselwerking. Er was een theorie, maar die werd geplaagd door het optreden van allerlei oneindigheden als je zaken ging uitrekenen, fysisch gezien absurd. Het moest anders, maar hoe? In de lente van 1968 nodigde Bram Pais me uit een maand op de Rockefeller Universiteit door te brengen. Bovenin de tower kreeg ik een fantastisch bureau – het is een royale business daar in New York. Ik legde mijn voeten op dat bureau en zei bij mezelf: ik ga niet weg voor ik weet welke kant ik op moet.''

De eerste twee weken zat Veltman in zijn stoel na te denken, de laatste twee leerde hij zichzelf Yang Mills-theorie. Die is in 1954 opgesteld in de hoop de vergelijkingen voor de elementaire deeltjes hanteerbaarder te maken maar pogingen om Yang Mills-theorie op de zwakke wisselwerking toe te passen liepen stuk voor stuk spaak, men kwam er niet uit, het was gewoon te gecompliceerd, zelfs de grote Feynman beet er zijn tanden op stuk. Maar Veltman geloofde erin en liet zich niet afschrikken. ``Voor mij stond als een paal boven water dat daar de sleutel lag. Toen kwam de irrationele stap: op de een of andere manier heb ik toen bedacht dat de natuur voor Yang Mills-theorie kiest omdat die renormeerbaar is, wat betekent dat je de oneindigheden via een truc onder de mat kan vegen. Maar hoe bewijs je dat? Die oneindigheden doken op in een serie opeenvolgende termen. Ik heb toen aangetoond dat in ieder geval de eerste orde-correcties bij elkaar iets eindigs opleveren, een grandioos moment. Toen wist ik dat ik gelijk had, vanaf dat moment kon je mij met geen span paarden meer van Yang Mills afhouden.''

Wat Veltman een beslissende voorsprong gaf was dat hij een computerprogramma had ontwikkeld waarin hij formules kon invoeren. ``Ik deed iets wat de anderen niet deden: ik kon het keihard uitrekenen. Na alle gezwets of Yang Mills nu wel of niet renormeerbaar was dacht ik: ik stop het in mijn programma, dan zien we wel. Dat programma heette Schoonschip, ik wou een naam die geen enkele buitenlander kon uitspreken. Niet verstandig en eens te meer een bewijs dat ik niet over commerciële talenten beschik. Later kwam Steven Wolfram bij me op bezoek, die was toen negentien en had net zijn proefschrift afgeleverd. Hij was heftig in mijn programma geïnteresseerd en ik heb hem het spul uitgelegd en de werking gedemonstreerd. Op basis van mijn ideeën heeft hij toen het zeer succesvolle computeralgebra-programma Mathematica ontwikkeld, een opgepoetste versie van Schoonschip.''

Het idee voor Schoonschip is geboren toen Veltman begin jaren zestig in Genève met het neutrino-experiment in de weer was. ``Ik was driftig aan het rekenen, zat thuis van die geweldige foliovellen vol te schrijven. Iedere keer kwam er wat anders uit, dan weer was het een factor 1/2 mis, dan weer ontbrak er een minteken, hopeloos. Je wist precies hoe je het doen moest, maar het rekenwerk liep zo gauw uit de hand, telkens zat ik erop te zweten. Op een keer zaten we op een terras en zeiden we: eigenlijk is het een mechanische zaak, iets voor een computer. Hoe dat precies moest, wist toen nog niemand.''

UIT MIJN BROEK

Eind 1963, toen Veltman in Stanford zat, is hij er stevig over gaan nadenken en besloot hij een programma te schrijven dat een praktisch probleem waar hij op worstelde te lijf kon maar dat in opzet breder was dan dat. ``De eerste keer dat het liep was Kerstmis 1963'', zegt Veltman. ``Ik had er drie maanden aan gewerkt. Omdat het probleem waarvoor ik het wilde gebruiken een rekenpartij van jewelste inhield, was het programma afschuwelijk groot, het paste van geen kant in het geheugen. Het moest dus op magneetbanden. Ik weet nog goed hoe ik daar stond, ik zag die tape draaien en dacht: verdomd, het werkt. Van de spanning scheurde ik uit mijn broek. Met een geweldig dik pak papier liep ik weg.''

Bij het loslaten van Schoonschip op Yang Mills-theorie had Veltman in 1968 na zijn terugkeer in Utrecht één groot probleem: in Nederland was geen computer te vinden die zijn programma aankon. ``Ik schreef het in machinetaal op een CDC 6600 en die was in Nederland in geen velden of wegen te bekennen. Dat was grote misère. Pas in 1972 – toen de race al gelopen was – kwam er wat, tot die tijd heb ik mij op een waanzinnige manier moeten behelpen. Zo zat ik in de weekenden 's nachts op het Mathematisch Instituut kaarten te ponsen die ik vervolgens meenam naar het buitenland. Om alle bugs eruit te halen speelde ik zelf voor computer, met stapels papier in de rol van registers. Maar wat ik ook probeerde, het lukte me niet de tweede term in de Yang Mills aanpak te kraken.''

Redder in de nood was Gerard 't Hooft. In 1969 meldde hij zich als 22-jarige bij Veltman, om binnen tweeënhalf jaar een proefschrift af te leveren waarin alle problemen waren opgelost. ``Eerst lag het voor de hand dat hij bij zijn oom Nico van Kampen zou promoveren'', zegt Veltman. ``Maar hij wou iets doen in de fysica van de elementaire deeltjes en dus kwam hij bij mij. Eerst liet ik hem een dictaat maken van het college `padintegralen' dat ik toen gaf, een wiskundige techniek waarvan ik intuïtief voelde dat die erbij moest. 't Hooft werd daar veel beter in dan ik – op latere leeftijd assimileer je niet meer zo goed – en het heeft hem geweldig geholpen. Ik aarzelde om hem bij mijn werk te betrekken. Ik had in 1970 een perfect hoekje, ik wist dat ik de waarheid bij de staart had en niemand bemoeide zich er verder mee. Door hem aan een impopulair onderwerp te zetten liep je het risico dat hij later geen fatsoenlijke postdoc-plaats kon vinden. Maar hij wilde dolgraag en tijdens een etentje in de Biltse Hoek, waar ook zijn oom aanwezig was, hebben we de knoop doorgehakt.''

Tijdens een zomerschool op Corsica kreeg 't Hooft het beslissende idee: betrek het Higgs-mechanisme erbij. In die aanpak zit de lege ruimte vol Higgs-deeltjes die in een gecompliceerd wiskundig proces de overige elementaire deeltjes massa geven. ``Gerard is grandioos in het kraken van dit soort mathematische problemen'', zegt Veltman. ``Op dat gebied is er in de wereld geen betere dan hij. Het is net een kat in het nauw: hij vindt hoeken en gaten waar je zelf van je leven niet op zou komen. Tegelijk is het niet zo'n extravert type als ik, hij zit op zijn kamertje te werken en je hebt geen flauw idee wat hij aan het rommelen is. Op een goede dag stapt hij bij mij binnen en zegt: ik heb een theorie voor de zwakke wisselwerking waarin alle oneindigheden verdwenen zijn. Hij begon het me uit te leggen en zodra Higgs op het bord verscheen dacht ik: verrek, dat is het.''

AKELIGE TIJD

't Hooft publiceerde zijn resultaten in twee baanbrekende artikelen waarop hij maart 1972 promoveerde. Tegelijk begonnen de meester en zijn leerling zich van elkaar te verwijderen. ``De eerste tien jaar na de doorbraak is er alleen naar Gerard verwezen'', zegt Veltman. ``Mijn naam werd er nooit mee geassocieerd. Dat vond ik idioot, per slot van rekening had ik het programma bedacht en het nodige voorwerk gedaan. Het was een akelige tijd. Ik heb 't Hooft enorm gepousseerd, liet hem overal naartoe gaan en zorgde voor introducties. Maar in zijn proefschrift kan er nauwelijks een bedankje af. Was het een vreemde geweest, dan zou ik hem afgedroogd hebben. Maar een leerling is als een kind. Als die je tegen de schenen schopt, wat moet je dan? Je kunt hem niet afvallen, je staat volslagen weerloos. Daar kwam nog bij dat in 1979 de Nobelprijs naar Glashow, Salam en Weinberg ging. Die hadden eerder dan wij aan de zwakke wisselwerking gerekend maar zonder de bijdrage van Gerard en mij hadden ze niet bestaan, pas toen was er een mechanisme waarmee je uit de voeten kon. Het was een klap in je gezicht, zeker toen het Nobelcomité nota bene bij mij aanklopte met de vraag of ik wat over die drie heren wilde schrijven. `The prize has been given'', zei de secretaris van het Nobelcomité in 1981 tegen mij. Nou, dat was het dan, dacht ik.''

In 1977 werd ook 't Hooft hoogleraar te Utrecht. Maar van twee kapiteins op een schip wil Veltman niet weten. ``Wij zaten niet in elkaars vaarwater, de laatste keer dat we samenwerkten was in 1975. Gerard is puur theoretisch aan de slag gegaan, onder andere met quarks. De meeste van zijn resultaten komen nooit zover dat ze met experimentele data in aanraking komen. Ik daarentegen ben doorgegaan met het berekenen van eigenschappen van deeltjes die later op het CERN zijn waargenomen. Dat ik in 1981 hoogleraar werd in Ann Arbor had zijdelings met 't Hooft te maken, ik voelde me niet zo plezierig hier, de lol ging eraf. Maar nog meer deden we het om de kinderen een goede opleiding te geven. En ik had enorm de pest aan dat PvdA-gedoe hier, voortdurend werd ik lastiggevallen door figuren die beweerden dat een hoogleraar in Nederland te veel verdiende.''

Inmiddels is Veltman met emeritaat en uit Michigan teruggekeerd naar Bilthoven. De natuurkunde van de elementaire deeltjes houdt hem onverminderd bezig. ``Ik kan niet veel anders hè?'' zegt hij. ``De laatste jaren ben ik mij zwaar gaan concentreren op het Higgs-mechanisme. Onlangs heb ik er een praktisch idee over gepubliceerd en daar zit ik nog constant aan te denken. Overigens, mijn neus zegt me dat het Higgs-deeltje anders zal zijn dan nu wordt aangenomen. Ik denk dat de natuur een of andere smerige truc voor ons in petto heeft die we nog niet kennen. Bovendien, als Higgs begin volgende eeuw werkelijk op de voorspelde manier opduikt in de Large Hadron Collider die nu in Genève in aanbouw is, zou dat een ramp zijn. Het Standaardmodel, de wiskundige theorie die de elementaire deeltjes onder een noemer brengt en waarin het Higgs-boson de laatste ontbrekende schakel is, zou dan een gesloten geheel worden. Dan sta je als theoreticus in een kale kamer zonder openingen. Dan zie je al die elementaire deeltjes en je weet niet waar ze vandaan komen, waarom ze in drie generaties uiteenvallen. Vanaf dat moment worden experimenten hopeloos omdat je niet langer weet waar je moet zoeken – voor de business de doodsklap.