Een kosmische douche op het dak

Deeltjesdetectoren die scholieren met schaar en plakband in elkaar zetten, helpen bij het oplossen van één van de grote

raadsels in de natuurkunde.

Het is mudvol in het bovenzaaltje van het onderzoeksinstituut Nikhef in de Amsterdamse Watergraafsmeer. Acht scholieren, twee begeleiders, een verslaggever en een fotograaf scharrelen rond in een kleine practicumruimte, waar ook nog enkele tafels staan met pc's en elektronische apparatuur. In de drukte springen twee manshoge zwarte panelen in het oog. Het zijn onderdelen van detectoren voor kosmische deeltjes, die de scholieren in elkaar zetten.

Vwo-6-leerlinge Irene Kuling is bezig om één van de panelen lichtdicht in te pakken in meerdere lagen zwart folie. ``Het moet heel precies'', legt ze uit, ``het is echt heel veel werk. Als ik thuiskom, en ze vragen wat ik gedaan heb, lijkt het wat weinig: de hele dag een plaat ingepakt.''

Uiteindelijk zal de moeite resulteren in een detector die in een skibox op het dak van een Amsterdamse middelbare school wordt neergezet. Inmiddels staan op scholen in de Amsterdamse regio en het Nikhef drie detectoren, zeven zijn er nog in aanbouw.

Dit alles gebeurt in het kader van het `Hisparc' (High School Project on Astrophysics Research with Cosmics), een samenwerking tussen universiteiten, onderzoeksinstellingen als het Nikhef en middelbare scholen, met de bedoeling om vwo-leerlingen in aanraking te brengen met wetenschappelijk onderzoek. In Nijmegen, de bakermat van het project, staan al vier door scholieren gefabriceerde detectoren op daken. Behalve in Amsterdam zijn ook detectoren in aanbouw in Leiden, Groningen en Utrecht, in heel Nederland zo'n 15 in totaal. ``Scholen staan te trappelen om mee te doen'', zegt Hisparc-coördinator en Nikhef-hoogleraar Bob van Eijk.

natuurkunde-pr

Naast natuurkunde-PR is volgens hem het doel ook serieus wetenschappelijk onderzoek naar hoog-energetische kosmische deeltjes. Dat is de verzamelnaam voor protonen, heliumkernen en soms wat zwaardere atoomkernen die met grote snelheid door de interstellaire ruimte razen.

Als een kosmisch deeltje zich toevallig in de aardatmosfeer boort, ontstaat als gevolg van botsingen met gasatomen een zogeheten `shower', een waterval van miljarden nieuwe deeltjes, die als een douche over tientallen vierkante kilometers van het aardoppervlak heen sproeien. Binnen in de speciale kunststof panelen van de detectoren wekken die deeltjes kleine lichtflitsjes op, die met gevoelige lichtmeters gedetecteerd kunnen worden, reden om de detectoren goed af te schermen van buitenlicht.

De sproeiers zijn het best te onderzoeken met complete netwerken van detectoren, onderling verbonden door hoge-capaciteits-dataverbindingen. Opeens nemen alle detectoren tegelijk geladen deeltjes waar, en uit de verzamelde meetgegevens is dan informatie af te leiden over de energie en de richting van het oorspronkelijke kosmische deeltje. Bij voorkeur moeten de detectoren daarvoor op een paar kilometer afstand van elkaar zijn opgesteld, legt Van Eijk uit, wat mooi overeenkomt met de verspreiding van middelbare scholen in grote steden.

Daarom zou ook het Hisparc-netwerk op de lange duur bij kunnen dragen aan het oplossen van één van de grote raadsels van het vakgebied: extreem energetische kosmische deeltjes. Er zijn inmiddels enkele tientallen kosmische deeltjes gedetecteerd met extreem hoge snelheden, dicht tegen de lichtsnelheid. Daarmee hebben ze bewegingsenergieën van boven de tien triljoen elektronvolt (een één met negentien nullen), wat overeenkomt met de bewegingsenergie van een hard geslagen tennisbal, maar dan geconcentreerd in één deeltje.

``Er zijn er maar een paar handen vol gevonden, maar toch is dat echt veel te veel'', zegt Van Eijk. Deeltjes met lagere energieën zouden nog afkomstig kunnen zijn van supernova's, ontploffende sterren, of `jets', bundels van versnellende materie die uitgespuwd worden door bepaalde sterrenstelsels. Voor zulke extreem hoogenergetische kosmische deeltjes zijn er eigenlijk geen plausibele bronnen, zegt de hoogleraar. ``Het bestaan ervan is echt een mysterie.''

Omdat het aantal waargenomen deeltjes zo klein is, en omdat er op aarde maar enkele detectornetwerken gebouwd zijn, maakt ook een relatief eenvoudig en goedkoop netwerk als Hisparc een kans op een bijdrage aan het onderzoek, verwacht hij.

Aanleiding voor het project was eigenlijk het tekort aan verse Nederlandse bètastudenten. Vakken als natuurkunde en scheikunde kampen met een `nerd'-achtig imago of gewoon onbekendheid, merken onderzoekers, en onderzoeksinstellingen realiseren zich langzamerhand dat ze iets moeten ondernemen, willen ze in de toekomst nog Nederlandse studenten trekken.

Hisparc helpt, denkt Van Eijk. ``De belangstelling van scholen en leerlingen is overweldigend'', zegt hij, ook al moeten de scholen meestal de detector à ruim 6.000 euro deels zelf betalen. ``Als je de detector eenmaal hebt staan, kun je er wel tien jaar leerlingen mee aan het werk zetten.''

warm labzaaltje

Van Eijk erkent dat leerlingen die op projecten als Hisparc afkomen, toch al een sterke bèta-belangstelling hebben. ``Maar in de collegezalen mis ik de groep daar naast nog. Ik denk dat we die hiermee ook kunnen bereiken. Scholieren zonder natuurkunde in het pakket zijn hier al geweest om een videoreportage te maken. Überhaupt het feit dat leerlingen eens in een laboratorium komen, verlaagt de drempel.''

In het al aardig warme labzaaltje klimt vwo-leerlinge Mara Sandberg op een werktafel om een raampje open te zetten. ``Kijk uit, voor onze multiplier'', klinkt het gebeten als ze bijna op de apparatuur op tafel lijkt te gaan staan. Duizenden euro's kosten de lichtdetectiebuizen, een bedrag dat de aanwezigen niet ontgaan is. ``Ik hoop voor je dat hij het nog doet'', zegt Tijs Klaver dreigend. Hij is met een medeleerlinge de buis aan het afregelen, maar het onderdeel blijkt ongeschonden.

``Je weet maar nooit wat hiermee ontdekt wordt'', zegt Mara Sandberg, die Irene Kuling even later helpt de detector te verpakken. ``Als ze hiermee later ooit iets ontdekken, kun je zeggen: daar heb ik nog aan meegewerkt'', stelt Kuling zich voor. Bovendien, geeft ze met Sandberg toe, is het ook handig om mee te doen aan een groot project dat al langer draait. ``Hier kun je zo instappen.''