Kerndeeltjes als katalysator van de wereldvrede

De ondergrondse ‘kathedralen van de wetenschap’ zijn een symbool van het instituut voor deeltjesonderzoek Cern. Zestig jaar saamhorig onderzoek.

De reusachtige CMS-detector van Cern, een meetinstrument dat de deeltjesexplosies van de Large Hadron Collider in beeld brengt. Foto's CERN

Maandag, op 29 september, wordt Cern 60 jaar. Dus ging de huidige directeur-generaal van dit Europese instituut voor deeltjesonderzoek bij Genève. prof.dr. Rolf-Dieter Heuer, deze zomer op toernee door Europa.

Natuurlijk vertelde Heuer in elk land over het deeltjesonderzoek en over de rol van Cern daarin. Toen het instituut begin jaren 50 vorm kreeg, wist nog niemand hoe atoomkernen precies in elkaar zaten. Nu ligt er dankzij Cern en rivaliserende instituten in de VS een overzichtelijke deeltjesstamboom met drie families waarin alle bouwsteentjes van de ons bekende materie zijn gerangschikt.

Het is zelfs duidelijk hoe al die deeltjes massa vergaren – dankzij het Higgsdeeltje en het Higgsmechanisme dat daarbij hoort. En naast al zulk soort inzichten leverde Cern bovendien nog het World Wide Web op, dat in 1989 door Cernmedewerker Tim Berners-Lee werd ontwikkeld.

Maar tijdens zijn Europese toer legde Heuer de nadruk op iets anders. Science for Peace was zijn slogan, want „Cern draait óók om Europese samenwerking en ‘vreedzaam’ onderzoek”.

Heuer bracht ook een bliksembezoek aan Nederland, dat vanaf het begin aan Cern heeft deelgenomen. In Amsterdam was al een jaar na de Tweede Wereldoorlog het Instituut voor Kernfysisch Onderzoek (IKO, tegenwoordig deeltjesinstituut NIKHEF) opgericht. Frankrijk en Engeland hadden al iets eerder zulke instituten opgericht. Zo speelden ze in op de ontwikkelingen in de natuurkunde: Europa lag aan scherven, maar in de Verenigde Staten had het kern- en deeltjesonderzoek een grote vlucht genomen.

Het begin daarvan lag nog in Europa, waar Otto Hahn en zijn assistent Fritz Strassmann in 1938 in Berlijn kernsplijting ontdekten. Vlak na de oorlog zetten fysici in het Amerikaanse Berkeley en Brookhaven al de eerste grootschalige deeltjesversnellers (synchrotrons) in elkaar.

Cern was het Europese antwoord daarop. Het onderzoek moest niet gericht zijn op wapens, vonden de betrokken fysici, noch op het opwekken van kernenergie. De groep koos voor zuivere wetenschap met lange-termijnperspectieven: onderzoek aan de kleinste bouwsteentjes van atoomkernen – en dus van sterren, planeten, mensen; de kosmos.

„Nevendoel was de brain drain naar de VS tegen te gaan”, zegt Heuer. In het door oorlog vernielde Europa hadden puur wetenschappelijk ingestelde onderzoekers nog maar weinig te zoeken. Terwijl de Amerikanen hun eigen grote projecten uitwerkten, zochten de Cern-pioniers juist samenwerking met fysici uit heel Europa – en steun van de net opgerichte Verenigde Naties en Unesco. Al snel verbonden twaalf landen zich aan het nieuwe Centre pour la Recherche Nucleaire: België, Denemarken, Duitsland, Frankrijk, Griekenland, Groot-Brittannië, Italië, Nederland, Noorwegen, Joegoslavië, Zweden en Zwitserland. In 1954 ging in de Geneefse buitenwijk Meyrin de schop de grond in.

Puur Europees is Cern al lang niet meer. Tegenwoordig doen er 21 Europese landen aan mee, maar de onderzoekers die aan de experimenten in Genève meewerken, komen uit hele wereld. Van Japan, China en Rusland, tot Canada, de VS, Afrika, Zuid-Amerika en Australië. In januari trad bovendien Israël toe als eerste Cern-lidstaat „van buiten de gebruikelijke definitie van Europa”, zoals Heuer het diplomatiek formuleert.

De versnellers groeiden al bijna net zo hard. Het proton synchrotron (PS), de eerste ringvormige versneller uit 1959, paste met gemak op het Cern-terrein in Meyrin. Voor de volgende versneller, de Super Proton Synchrotron (SPS), moesten fysici de grens oversteken en in Franse bodem graven. De grote LHC-versneller waarmee het Higgsdeeltje werd ontdekt, reikt met een omtrek van 27 kilometer zelfs tot aan de voet van de Franse Jura.

En de detectoren die registreren wat er gebeurt tijdens de deeltjesbotsingen, groeiden mee. De eerste stonden simpelweg in een loods, maar de huidige, ondergronds gehuisveste detectoren worden ‘kathedralen van de wetenschap’ genoemd. De ATLAS-detector bijvoorbeeld, een van de twee detectoren waarin het Higgsdeeltje opdook, zou als hij op de Dam stond het paleis daar aan het zicht onttrekken, en weegt evenveel als de Eiffeltoren.

Het gemeenschappelijke doel van de duizenden fysici en technici die jaren, of decennia, aan zulke grootscheepse experimenten werken, vlakt politieke en religieuze verschillen uit. „Wat op mij persoonlijk veel indruk gemaakt heeft”, zegt Heuer, die zelf in het West-Duitse Boll in Göppingen werd geboren, „is dat ik destijds via Cern voor het eerst met collega’s uit toen nog Oost-Duitsland in contact kwam. Dat kon alleen dankzij de internationale samenwerking in dat lab.”

Ook het feest dat Palestijnse en Israëlische Cern-zomerstudenten samen organiseerden, twee jaar voor Heuer aantrad als directeur, is hem bijgebleven. „Ik hoorde dat het een eyeopener voor hen was om te zien hoe veel zij met elkaar deelden.” Hij noemt het „een klein, maar mooi voorbeeld van wat er kan gebeuren als men de ander moet erkennen.”

Juist dat geeft Cern toekomstperspectief, denkt Heuer. Ontwerpen voor nieuwe versnellers in Genève en de rest van de wereld liggen al klaar. Ze moeten nog groter en duurder worden dan de LHC-botser (die kostte ruwweg 7 miljard euro inclusief experimenten en stroom).

Eén ding is echter zeker, zegt Heuer. Of er nu over 20 of 30 jaar bij Genève een zelfs nòg grotere linear collider komt dan de beoogde International Linear Collider in Japan, of een nòg grotere ringvormige versneller dan de LHC – zulke versnellers zullen wereldwijde projecten zijn waarin Cern een cruciale rol blijft spelen. Dat komt volgens hem door de unieke „European flavour” van Cern. Heuer: „Al 60 jaar krijgt Cern steun, en daarmee vertrouwen, van de lidstaten. Dat staat in contrast met de VS waar projecten van het ene op het andere jaar kunnen worden stopgezet. Zoiets maakt langdurige samenwerking mogelijk.”