Raadselachtige deeltjes die we niet kennen maar er wel moeten zijn

Alles is ontstaan uit water, zei de Griekse natuurfilosoof Thales van Milete.

Alles is opgebouwd uit ondeelbare atomen, dacht de Griekse wijsgeer Demokritos.

Atomen zijn deelbaar, ontdekten volhardende fysici tweeënhalf millennium later. En in een wonderschoon samenspel van theorie en experimenten lieten zij zien hóe.

De echte fundamentele bouwsteentjes van materie zijn de quarks die samen de ‘protonen’ en ‘neutronen’ vormen waaruit atoomkernen zijn opgebouwd, en de elektronen die rond deze atoomkern cirkelen, zo toonden zij aan. En het raadselachtige neutrino maakt het ingewikkelde samenspel tussen de bouwsteentjes compleet.

Hebben fysici zo het definitieve antwoord gevonden? Of krijgen de deeltjes die we nu fundamenteel noemen, toch niet het laatste woord en is er in de kosmos sprake van een schildpad op de rug van een schildpad op de rug van een schildpad en zo verder.

In zijn vorige boek ‘De deeltjesdierentuin’ beperkte Jean-Paul Keulen zich in elk geval tot de deeltjes die gedetecteerd en gecatalogiseerd zijn. Ofwel: tot dat up- en downquarkpaar, elektron en neutrino, waarmee al de ons omringende materie verklaard kan worden, én tot de twee exotische families die daarnaast nog opdoken en die elk bestaan uit een zwaarder quarkpaar, een zwaardere broer van het elektron en een bijbehorend neutrino. Plus het Higgsdeeltje, uiteraard.

Zo beschreef Keulen de deeltjes die hun bekende plek in de deeltjesstamboom innemen en die je ‘gekooid’ of zelfs gedomesticeerd zou kunnen noemen. Met versnellers en listige kunstgrepen kunnen fysici ze immers op elk gewenst moment tevoorschijn toveren.

Maar: spannender zijn de deeltjes waarvan we het bestaan nog niet kennen. Niet de giraffe en de olifant, maar het onbekende wezen dat zich in het struweel verschuilt. Daaraan wijdt Keulen zijn zojuist verschenen tweede boek, ‘De deeltjessafari’. In acht hoofdstukken beschrijft hij deze deeltjes die fysici denken en hopen aan te treffen, maar waarvan het bestaan nog hoogst onzeker is. Raadselachtige namen dragen ze, zoals ‘preonen’, ‘axionen’, ‘spiegelmaterie’, ‘steriele neutrino’s’ en nog zo wat.

Keulen beschrijft die hypothetische deeltjes met vaart en flair: hoe ze eruit zouden moeten zien en waarom (sommige) fysici denken dat ze moeten bestaan. Meestal is dat omdat ze een probleem kunnen oplossen. Zoals waarom er zes keer zoveel geheimzinnige, onzichtbare ‘donkere materie’ door de kosmos lijkt te zwerven dan er aan bekende materie is samengeklonterd tot sterren, planeten, giraffes en olifanten.

Gelukkig dist Keulen bovendien, vooral in de eerste zes hoofstukken, op de juiste plekken sappige anekdotes op over de fysici die het bestaan van deze deeltjes poneerden, of die daar juist gehakt van probeerden te maken. En net als je toch wat moe wordt van deze safari door onbekend terrein, die tegen het einde ook wat saaier lijkt, is het boek klaar.

Ook daarmee betoont Keulen zich een vaardig reisleider: hij weet zich te beperken. Over de aard van de deeltjesdetectors, en over het uiterlijk van de soms James-Bondachtige deeltjeslaboratoria laat hij bijvoorbeeld weinig los. Bij de achterliggende theorieën duikt hij evenmin de diepte in, maar houdt hij de lezer met metaforen en vergelijkingen bij de les – en ja, dat werkt bijna telkens goed.

Kortom, aan wie de geur en de spanning van de deeltjesjacht wil opsnuiven, biedt Keulen een fijn en helder overzicht van de belangrijkste deeltjeskandidaten waarop fysici in het komende decennium hun pijlen zullen richten.