Gepubliceerd op 16 juni 2009
Prof. dr. Stan Bentvelsen
Tekst : Edda Heinsman
Fotografie: Hanne Nijhuis Natuurkundige Bentvelsen begint zijn lezing meteen met de vraag hoe je dingen kunt waarnemen. ‘Met je ogen', weet iemand. Dat was natuurlijke een logisch antwoord. Bentvelsen klapt in zijn handen. Het geluid hoor je met je oren. En we kunnen ook waarnemen door te voelen, proeven of ruiken. Toch kunnen onze zintuigen niet alles waarnemen. Wie weet er iets wat je niet kan zien maar er wel is? ‘De lucht' roept een kindje. En dat klopt, je kan de lucht niet zien. Bentvelsen wappert zijn handen langs zijn gezicht, de kinderen volgen zijn voorbeeld. Je ziet de lucht niet, maar je kan hem wel voelen. Om dingen waar te nemen heeft de mens heel veel instrumenten uitgevonden, Bentvelsen laat afbeeldingen zien die de kinderen meteen herkennen: een verrekijker, een thermometer, een voltmeter en een microscoop.
Waaruit bestaat een suikerklontje?
‘Wat doe je als je wil weten waar iets uit bestaat', vraagt Bentvelsen de kinderen. Dan maak je het kapot! Dat gaan we natuurlijk direct demonstreren met een suikerklontje. Een vrijwilliger uit het publiek mag helpen en alle vingers gaan omhoog. Een jongetje is de gelukkige, hij mag met een grote hamer het suikerklontje in zo klein mogelijke stukjes slaan. Het jongetje gaat aan de slag en zodra er weinig meer over is dan poeder pakt Bentvelsen een heel klein beetje ervan en legt het onder de microscoop. En daar lijkt het fijne poeder ineens op een verzameling grote rotsblokken. Dat kan nog veel kleiner! Bentvelsen legt uit dat als je doorgaat met kapot maken, je uiteindelijk suiker in de kleinste deeltjes hebt gebroken: de atomen. ‘Trek eens een haar uit je hoofd', zegt de natuurkundige. Iedereen doet het. ‘In die ene haar', legt hij uit, ‘zitten zoveel atomen, dat als je ze allemaal zou willen tellen je tien miljard jaar bezig bent!'
Een prototype van de deeltjesversneller.
Atomen zijn zo klein dat je ze niet kunt zien. Om toch een idee te krijgen van hoe ze eruit zien, toont Bentvelsen een tekening van een atoom: een kern van gekleurde bolletjes, de protonen en neutronen, met daaromheen een wolk van elektronen. Het gaat Bentvelsen om de protonen. ‘Ik ben ontzettend nieuwsgierig hoe die er van binnen uit zien, wat er gebeurt als je die kleine protoontjes nog kleiner zou maken'. Voor we de deeltjes in nog kleinere stukjes kunnen breken, vertelt Bentvelsen eerst iets over de "lijm", die voorkómt dat atomen uit elkaar vallen in losse elektronen, protonen en neutronen. Het is de lading van de deeltjes die ze bij elkaar houdt. Protonen zijn positief geladen en elektronen negatief. En omdat plus en min elkaar aantrekken, zijn de atomen lekker stabiel.
Met botsende winkelwagens vol ballen demonstreren twee kinderen hoe je protonen kapot kunt maken: door ze heel gericht en met hoge snelheid op elkaar te laten botsen.
Maar hoe sloop je die protonen nu? Een jongetje weet het antwoord meteen: door ze heel hard tegen elkaar aan te schieten. We gaan kijken of dat werkt. Twee jongetjes krijgen een winkelwagentje vol met ballen, en rijden die zo hard mogelijk tegen elkaar aan. De ballen vliegen alle kanten op, zelfs een van de wieltjes van het wagentje springt er af. En dit is precies hoe je te werk moet gaan om protonen kapot te maken. Als je twee protonen met grote snelheid tegen elkaar laat botsen, spatten ze uiteen in de bouwstenen waaruit ze zijn opgebouwd. Het volgende probleem dient zich aan. Hoe zorg je ervoor dat die miniscule deeltjes precies tegen elkaar aan botsen? Schieten met twee geweren zal lastig gaan, je zou heel goed moeten richten, en bovendien zou je ze niet hard genoeg kunnen schieten. 'Daarvoor heb je een deeltjesversneller nodig!' weet iemand in het publiek. En dat klopt, maar een deeltjesversneller, daar hebben de meeste kinderen nog nooit van gehoord.
Aantrekken en afstoten van geladen deeltjes.
Voordat Bentvelsen meer vertelt over een deeltjesversneller, laat hij eerst met een demonstratie zien hoe geladen deeltjes elkaar kunnen aantrekken of afstoten. Hij heeft een opstelling meegenomen van twee geladen plaatjes, een positieve en een negatieve, met daar tussenin een pingpongbal. De negatief geladen pingpongbal wordt aangetrokken door de positieve plaat, daar verliest hij zijn lading en wordt ook positief. Omdat de positieve plaat en het positieve balletje elkaar afstoten gaat hij weer richting de negatieve plaat, en zo wordt het balletje vanwege zijn elektrische lading heen en weer geslingerd tussen positief en negatief. In een deeltjesversneller gaat het eigenlijk precies zo, alleen zijn er gaatjes gemaakt in het midden van de platen. Zo kan het proton door de plaat heen schieten naar de volgende. Door heel veel platen achter elkaar te zetten, en slim te schakelen met de elektriciteit gaat het proton steeds sneller. Het probleem is alleen dat je, om de protonen voldoende snel te laten bewegen dat ze in stukjes uit elkaar breken, je zou een buis van 700 kilometer nodig hebt.
Afbuigen van protonen met een magneet.
Dus bedachten de wetenschappers een ander plan. Ze gebruiken magneten waarmee de protonen worden afgebogen. Bentvelsen heeft een heel klein versnellertje bij zich waarmee hij het principe laat zien. De deeltjes uit het versnellertje botsen op een plaatje, waardoor het blauw oplicht. Iedereen kijkt vol spanning naar het blauwe streepje op het schermpje. Dan houdt de professor er een magneet bij, en warempel: de rechte streep wordt krom. Met magneten kun je dus de geladen deeltjes afbuigen, en door ze op een grote cirkel te plaatsen, hoeft de versneller geen 700 km maar slechts 27 km te zijn. En die versneller is ook echt gebouwd in Genève. Bentvelsen laat beelden zien van de enorme tunnel en de vijftien meter lange magneten. Om de deeltjes ook echt te laten botsen, hebben ze twee cirkelvormige pijpen gebouwd: een met de klok mee en een tegen de klok in. Op de punten waar ze elkaar kruisen, vliegen de protonen met enorme snelheid tegen elkaar aan.
Aan de slag met eigen deeltjesversneller en detector.
Maar hoe kun je na de botsing van de protonen de vrijkomende deeltjes opvangen en zichtbaar maken? Door foto's te maken van de sporen die de deeltjes in de detector achterlaten kun je bijvoorbeeld achterhalen hoe hard ze gaan en of ze geladen zijn. Zo kom je er van alles over te weten. En dat gaan de kinderen zelf ook proberen. Ze krijgen een knikker (het proton), een groen blok oase (de detector) en een kartonnetje met een gat en een elastiekje erover gespannen (de versneller). Bentvelsen doet het experiment voor en de kinderen doen het na. Hij laat een knikker op het blok vallen, er komt een heel kleine afdruk op de oase. Nu laat hij de knikker van iets grotere afstand vallen en er is een duidelijke afdruk te zien. Maar het is nog niet genoeg, tijd om de "versneller" in te schakelen. Hij neemt het kartonnetje, houdt het met twee vingers tegen de oase gedrukt en trekt de knikker achter het elastiek geklemd omhoog. Hij laat los en met veel kracht schiet de knikker de oase in. Hij schiet zo hard dat de knikker helemaal vast zit in het groene blok. De kinderen vinden het een leuke proef. Knikkers vliegen alle kanten op en overal laten kinderen trots zien hoe diep hun knikker wel niet in de oase is geschoten. Het idee is duidelijk: hoe dieper de kuil, hoe harder het deeltje ging. En hoe harder het deeltje gaat, hoe groter ook de detector moet zijn, anders vliegt die er dwars doorheen, zonder gedetecteerd te worden. Omdat de protonen in de versneller in Zwitserland met bijna de lichtsnelheid op elkaar schieten, zijn de detectoren om de deeltjes die ontstaan op te vangen ook enorm groot: ongeveer het formaat van Nemo: reusachtige detectoren voor de allerkleinste deeltjes.
Bron: Wakker Worden Kinderlezingen
|
