‘De zoektocht naar donkere materie heeft iets tragisch’

Jong geleerd Jaco de Swart is natuurkundige én filosoof. „Ik bestudeer mensen die donkere materie bestuderen.”

Jaco de Swart is ook basgitarist. „Met rockmuziek geef je mensen een figuurlijke klap in het gezicht en schud je ze wakker. Dat probeer ik ook binnen de natuurkunde.”
Jaco de Swart is ook basgitarist. „Met rockmuziek geef je mensen een figuurlijke klap in het gezicht en schud je ze wakker. Dat probeer ik ook binnen de natuurkunde.” Foto Olivier Middendorp

‘Een paar jaar terug zat ik in een sauna in de Estse stad Tartu samen met de toen bijna negentigjarige Estse astronoom Jaan Einasto”, vertelt natuurkundige én filosoof Jaco de Swart in zijn voormalige kantoor op de Universiteit van Amsterdam. Even eerder trok hij zijn zwarte spijkerjas uit, mét dasspeld van de in mei gepubliceerde befaamde foto van het zwarte gat in het centrum van de Melkweg, Sagittarius A*. Aan één hand heeft hij zwart gelakte nagels.

„Aan het observatorium waar Einasto werkt, zit een sauna waar astronomen elkaar regelmatig ontmoeten. De sauna staat er al sinds de jaren zeventig. Naast Einasto zaten vroeger op diezelfde houten saunabankjes als waar ik zat nog meer natuurkundelegendes te zweten. Bijvoorbeeld de Russische kosmoloog Jakov Zeldovitsj. Hij is onder meer bekend door zijn berekeningen aan de kosmische achtergrondstraling, de verste en oudste straling uit het heelal.”

De Swart zocht Einasto op voor zijn proefschrift over donkere materie. „Einasto was een van de astronomen die de conclusie trokken dat we 85 procent van het heelal kwijt zijn. Van die 85 procent weten we dat het er moet zijn, maar we hebben die zogenoemde donkere materie nog nooit gevonden.

„Mijn proefschrift was heel meta. Ik bestudeer mensen die donkere materie bestuderen. Hoe zijn we gaan nadenken over het spul in het universum wat er moet zijn, maar wat we nog nooit hebben gevonden?”

Voor zijn proefschrift reisde De Swart naar Princeton University in de VS, een plek die een belangrijke rol speelde in de ontwikkeling van kennis over kosmologie. Daar sprak hij astronomen, las oude boeken en keek oude conferenties terug. „In de jaren dertig ontstond een probleem in de kosmologie. Sterrenstelsels draaien zó snel, dat astronomen verwachten dat ze uit elkaar zouden zwiepen. Er zit niet genoeg massa in een sterrenstelsel om de zwaartekracht te genereren die nodig is om alles bij elkaar te houden. Maar wat ik in mijn proefschrift laat zien, is dat het besef van het bestaan van donkere materie pas in de jaren zeventig ontstond. Niét al in de jaren dertig. Hoewel er in de jaren dertig al aanwijzingen waren voor het bestaan van donkere materie, waren astronomen die draaisnelheden berekenden er niet mee bezig. Pas in de jaren zeventig veronderstelden onder meer Einasto en Jim Peebles dat er misschien wel genoeg massa in de sterrenstelsels zit, maar dat die massa onzichtbaar is.”

Foto’s Olivier Middendorp

Plots als een deeltje beschouwd

Na het afronden van zijn proefschrift kreeg De Swart een beurs waarmee hij zijn onderzoek voortzet bij het Massachusetts Institute of Technology. Nu is hij twee weken in Nederland voor de bruiloft van zijn zus, maar sinds augustus woont hij in Boston.

Daar bestudeert De Swart hoe donkere materie sinds de jaren tachtig plots werd beschouwd als een deeltje. „In de jaren tachtig veranderde de manier waarop astronomen de kosmos bestudeerden drástisch. Voor de jaren tachtig ging astronomie over het grote: hoe sterrenstelsels ontstonden en hoe die bewegen. Maar in de jaren tachtig werd de natuurkunde van het kleine succesvol: de deeltjesfysica. Astronomen begonnen na te denken over hoe de kosmos is opgebouwd uit allemaal kleine deeltjes en wat voor deeltje donkere materie dan zou moeten zijn.”

Sindsdien is er een enorme infrastructuur aan detectoren ontwikkeld om donkeremateriedeeltjes te zoeken. Een van de detectoren staat zo’n anderhalve kilometer onder de grond in Gran Sasso, Italië. „Dat is een ton van ongeveer een meter breed gevuld met het edelgas xenon. Uit de theorie van donkere materiedeeltjes volgt dat er een kleine kans is dat het deeltje botst op een xenonatoom. Het xenonatoom zou dan moeten trillen waarbij een een klein flitsje vrijkomt. Veertig jaar en vier generaties xenonexperiment verder, hebben we dat deeltje nog steeds niet gevonden. En er zijn ook geen aanwijzingen dat we die 85 procent van het heelal op het spoor zijn.”

Groter en gevoeliger

Daarom maken natuurkundigen detectoren steeds groter en gevoeliger. „En dat heeft iets tragisch”, vervolgt De Swart. „Wanneer loop je tegen een plafond aan? Als detectoren té gevoelig worden, gaan ze neutrino’s detecteren. Die deeltjes komen uit de ruimte. Normaal zijn die lastig waar te nemen, maar bij gevoelige detectoren geven ze ruis. Dan ben je geen speld in de hooiberg meer aan het zoeken, maar een speld in een speldenberg.”

Gaan we donkere materie ooit vinden? Stilte. De Swart: „Nou, het is eerder gelukt om het onzichtbare zichtbaar te maken. Het bewijs zit hier öp mijn jas gespeld. Van zwarte gaten hadden we eerst alleen indirecte aanwijzingen. Nu een foto.”

„Maar wanneer houdt het op? En past deze zoektocht nog bij de tijd?.” Naast natuurkundige en filosoof is De Swart basgitarist bij metalband X Raiders. „Dan sta ik met mijn visnetkleding op een podium. Met rockmuziek geef je mensen een figuurlijke klap in het gezicht en schud je ze wakker. Dat probeer ik ook binnen de natuurkunde. Om natuurkundigen een spiegel voor te houden, jongens, waar zijn we na al die jaren nog steeds mee bezig? En we zitten midden in een humanitaire en ecologische crisis. Hoe blijven we rechtvaardigen om nog een stuk land in te leveren en alle bijkomende kosten te betalen voor een nieuwe, weer grotere detector.”