|
| |
| |
| |
5 De kernfysica en de deeltjesfysica
Pierre Marage
De kernfysica en de deeltjesfysica hebben in België sinds het einde van de Tweede Wereldoorlog een belangrijke ontwikkeling gekend. Deze bloei was mogelijk door de specifieke rol van België in het nucleaire landschap en door het optreden van meerdere invloedrijke personen in het wetenschappelijke en politieke veld, zoals blijkt uit de belangrijke rol van België bij het opstarten van CERN. De Belgische wetenschappelijke teams kregen zo de middelen waarmee ze op een betekenisvolle wijze konden bijdragen tot de ontwikkeling van de wetenschappelijke kennis, de kwaliteit van het onderwijs en de technische vooruitgang. Dit artikel wil een kort overzicht geven van de evolutie van het fundamenteel onderzoek in twee domeinen, die aanvankelijk nauw verwant waren maar geleidelijk aan meer en meer een eigen richting zijn uitgegaan.
| |
▪ De vooroorlogse periode
In de eerste helft van de 20ste eeuw was België het toneel van enkele van de markantste gebeurtenissen in de geschiedenis van de moderne fysica, de Solvay-congressen voor fysica, die een grote rol hebben gespeeld in de beginfase van de ontwikkeling van de kwantummechanica en de kernfysica. Toch namen de Belgische fysici voor en juist na de Eerste Wereldoorlog een eerder bescheiden plaats in. Jean Timmermans (1882-1971) had gelijk wanneer hij zei: ‘In het domein van de exacte wetenschappen verwierven de universitaire onderzoekscentra pas tegen het einde van de 19de eeuw het noodzakelijke personeel en materieel om in relatief gunstige omstandigheden te kunnen werken. Het was echter vooral na 1920, tijdens de periode van wederopbouw van het land, dat de vier universiteiten de nodige middelen kregen voor een echt serieuze expansie’. Dit geldt in het bijzonder voor de fysica.
De twee Belgische fysici die onmiddellijk na de oorlog aan de Solvay-congressen deelnamen, Edmond Van Aubel (1864-1941) en Jules-Emile Verschaffelt (1870-1955), waren uitstekende geleerden maar hun onderzoek had geen band met de microfysica, en geen van beiden zou tijdens de congressen een voordracht geven of zich actief in de debatten mengen.
Toch was er vóór de Eerste Wereldoorlog al een Belgisch fysicus die opviel door een wetenschappelijke productie van zeer hoog niveau, in lijn met de thema's behandeld tijdens de Solvay-congressen, waaraan hij vanaf 1924 actief zou deelnemen: Théophile De Donder (1872-1957). Na een verblijf te Parijs, waar hij onder meer werkte bij Henri Poincaré (1854-1912), wijdde hij zich aan de theorie van de integraalinvarianten, de variatierekening en de relativiteitstheorie. Als overtuigd relativist was De Donder trouwens een van de eerste geleerden die met Albert Einstein (1879-1955) correspondeerde over diens gravitatietheorie. Hij zou deze belangstelling overdragen op zijn vele leerlingen. Een ereplaats in deze groep komt toe aan Jules Géhéniau (1909-1991), die ook met Louis de Broglie (1892-1987) samenwerkte en, als hoogleraar aan de ULB, talrijke opmerkelijke werken schreef over de veldentheorie, de kwantumelektrodynamica en de algemene relativiteit. Overigens zouden De Donders cursussen over thermodynamica en fysische scheikunde, in het bijzonder door toedoen van zijn leerling Frans van den Dungen (1898-1965), een van de uitgangspunten vormen van de dankzij Ilya Prigogine beroemd geworden Brusselse school voor thermodynamica.
In de geschiedenis van de theoretische fysica staan de jaren '20 bekend voor de formidabele ontwikkeling van het inzicht in atoomfenomenen. Volgend op de ‘oude kwantumtheorie’ van Niels Bohr,
| |
| |
vormde zich in 1925-1926 een nieuwe ‘kwantummechanica’, met bijdragen van Louis de Broglie en Erwin Schrödinger (golfmechanica en theorie van de golffunctie), Paul Dirac (niet-commutatieve kwantumalgebra), en Werner Heisenberg, Max Born en Pascual Jordan (matrixmechanica). Nog in 1925 poneerde Wolfgang Pauli zijn uitsluitingsprincipe, en introduceerden George Eugene Uhlenbeck en Samuel Goudsmit het spinbegrip. In 1927 voerde Heisenberg zijn onzekerheidsbeginsel in. Vanaf dan was de kwantumtheorie voor het grootste deel mathematisch gedefinieerd; in 1927, tijdens het beroemde vijfde Solvay-congres, zouden Einstein en Bohr vooral over interpretatieproblemen grondig met elkaar in botsing komen. Het jaar daarop formuleerde Dirac zijn relativistische kwantumtheorie.
In België is de nieuwe theorie geleidelijk geïntroduceerd in het hoger onderwijs, waar zij de aandacht trok van jonge onderzoekers. Eén van hen, Léon Rosenfeld (1904-1974), leverde fundamentele bijdragen in verschillende domeinen van de fysica. Na studies aan de universiteit van Luik verbleef Rosenfeld een jaar te Parijs, waar hij omging met de Broglie en Langevin, twee jaar te Göttingen als assistent van Max Born, en werkte hij onder Pauli's leiding te Zürich. Vanaf 1929 vertoefde hij veel bij Niels Bohr, met wie hij nauw samenwerkte om de fundamenten van de kwantummechanica op te helderen, wat hem tot één van de protagonisten maakte van de ‘School van Kopenhagen’. In 1930 werd hij docent, en daarna hoogleraar, aan de universiteit van Luik. Hij had er als leerling Jean Serpe, die met name de wiskundige theorie van het neutrino met twee componenten bestudeerde. Rosenfeld zou in 1941 zijn opdracht te Luik ruilen voor een leerstoel te Utrecht; in 1947 vertrok hij naar Manchester om tenslotte, in 1958, een benoeming te aanvaarden bij Nordita (Kopenhagen). Een van zijn vele verwezenlijkingen is de oprichting van het tijdschrift Nuclear Physics, waarvan hij hoofdredacteur was.
Een van de grootste Belgische fysici is ongetwijfeld Georges Lemaître (1894-1966), pionier van de kosmogonie en ontwerper van een model van expansie van het universum vanuit een ‘primitief atoom’ in het raam van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Lemaître had ook belangstelling voor kosmische stralen en wijdde van 1933 tot 1955 een vijftiental artikels aan de studie van hun banen in het aardmagnetisch veld. Als docent aan de KULeuven heeft hij vanaf 1925 bijgedragen tot de vorming van verschillende generaties fysici. Vermelding verdient tevens Charles Manneback (1894-1975), docent te Leuven vanaf 1922, die een voorname plaats zou innemen in het onderzoek en het onderwijs van de wiskundige natuurkunde, met als favoriete terreinen de voortplanting van radiogolven en de theorie van de vibratie- en rotatiespectra van moleculen.
Op experimenteel vlak waren de jaren '30 getuige van spectaculaire ontwikkelingen die aan de wieg stonden van de kernfysica. In 1932 ontdekte James Chadwick het neutron, Carl David Anderson het positron (in de kosmische straling) en Harold Clayton Urey het deuterium, isotoop met massa 2 van waterstof. In 1929 had Ernest Lawrence te Berkeley het eerste cyclotron gebouwd, met een diameter van enkele centimeter. Drie jaar later observeerde hij voor het eerst een reactie van versnelde protonen. Ook John Douglas Cockcroft en Ernest Walton bestudeerden in Cambridge met een elektrostatische cascadeversneller kernreacties geïnduceerd door versnelde protonen. Op het zevende Solvaycongres, in 1933, legde Heisenberg een rapport voor
Medaille met het portret van Charles Manneback. Luik, Centre d'Histoire des Sciences et des Techniques ▪
| |
| |
Het eerste cyclotron van de Katholieke Universiteit Leuven. Leuven, Archief KULeuven ▪
over de structuur van de atoomkern gebaseerd op het begrip isospin, en poneerde Pauli het bestaan van een nieuw deeltje, het neutrino; aan de hand daarvan zou Enrico Fermi in de volgende weken een verbazend complete theorie voorstellen van de ß-radioactiviteit. De ontdekkingen volgden elkaar in snel tempo op: de artificiële radioactiviteit door Frédéric Joliot en Irène Curie in 1934, de productie van nieuwe isotopen door Fermi en de groep van Rome, de herkenning van elementen met intermediaire massa tussen de desintegratieproducten van uranium door Otto Hahn en Fritz Strassman, de interpretatie van het splijtingsproces door Lise Meitner en Otto Frisch in 1939.
Het is al gezegd, het onderzoek in de experimentele fysica had in België vóór de Eerste Wereldoorlog geen traditie. Maar in 1922 werd aan de polytechnische faculteit van de ULB voor de cursus toegepaste fysica een jonge Zwitserse hoogleraar aangesteld: Auguste Piccard (1884-1962), gespecialiseerd in precisiemetingen in magnetisme (hij was assistent geweest van Pierre Weiss te Zürich) en radioactiviteit. Rond 1925 vond de Union Minière du Haut-Katanga een onafhankelijke ijking van zijn radiumproductie noodzakelijk, en deed een beroep op Piccard en zijn assistent Paul Kipfer (1905-1980) in het kader van een met dit doel aan de ULB opgericht Institut des Mesures. Kipfer, eveneens een Zwitser, had een dubbele loopbaan bij Union Minière én bij de faculteit voor toegepaste wetenschappen van de ULB, waar hij belangrijke taken zou vervullen in het onderwijs en de coördinatie van het onderzoek in de kern- en elektronenfysica. In de jaren '30 richtte Piccard zijn onderzoek op de studie van de kosmische straling, waarvan de Oostenrijkse geleerde Victor Hess (1883-1964), door
| |
| |
gebruik te maken van aan een ballon gehechte detectoren, vanaf 1911 had aangetoond dat zij afkomstig was uit de hoge atmosfeer. Piccard construeerde ballonnen waarmee hij zelf tot zeer grote hoogte opsteeg. Het maakte hem wereldberoemd.
De universiteit van Leuven van zijn kant engageerde in 1929 als docent Marc de Hemptinne (1902-1986), gevormd bij Victor Henry en bij Paul Scherrer te Zürich. Gespecialiseerd in moleculaire spectroscopie legde de Hemptinne zich toe op het exploiteren van de nieuwe experimentele ontwikkelingen. Geïnspireerd door Mannebacks werk bestudeerde hij molecuulspectra waarbij waterstofatomen werden vervangen door deuteriumatomen. In 1936 bouwde hij een isotopenscheider (koolstof 13) die de basis vormde voor het ‘Departement voor Nucleaire en Moleculaire Fysica’ van Leuven. Na een bezoek aan Lawrence te Berkeley nam hij zich voor een cyclotron te bouwen om radioactieve atomen te produceren voor de studie van de moleculaire structuur. In 1939, na een verblijf te Berkeley van zijn medewerkers Jean-Marie Delfosse en Paul Capron, nam de Hemptinne contact op met ACEC, maar het ver gevorderde project werd door de oorlog onderbroken.
Omstreeks dezelfde tijd startte ook het onderzoek in de nucleaire fysica en scheikunde aan de universiteit van Luik. In 1935 werkte Georges Guében er aan de constructie van een elektrostatische versneller.
| |
▪ De uitbouw (van de Bevrijding tot de jaren '60)
De Tweede Wereldoorlog was een keerpunt in de houding van politieke verantwoordelijken en burgers ten aanzien van de kracht van de techniek: was het niet grotendeels dankzij haar dat de geallieerden de oorlog hadden kunnen winnen? Daarbij was men er zich ook goed van bewust dat de technische vooruitgang stoelde op wetenschappelijke vooruitgang en fundamenteel onderzoek, zoals was aangetoond door de rol van de fysici tijdens de oorlog, o.a. bij de constructie van de radar in Engeland en de realisatie van de Amerikaanse atoombommen. Niettemin waren er velen die, na het dramatisch gebruik van de kernbom in Hiroshima en Nagasaki en in de context van de nakende Koude Oorlog, hoopten op een betere wereld en vooral heil verwachtten van het vreedzaam gebruik van kernenergie, of er in elk geval een potentieel rendabele energiebron in zagen.
Het is dan ook niet verwonderlijk dat het onderzoek in de kernfysica (in brede zin) na de oorlog een geweldige bloei kende. In het specifieke geval van België is bekend welke essentiële rol het ‘Belgisch’ (Congolees!) uranium - geleverd door Union Minière - heeft gespeeld bij de vervaardiging van de bom van Hiroshima. De financiële inbreng afkomstig uit de verkoop van het uranium en de voordelen van de door Belgische industriëlen en politici met de Amerikanen onderhandelde toegang tot de kerntechnologie zouden bijdragen tot de grote ontwikkeling van de nucleaire industrie in België en, indirect, tot die van het toegepast en fundamenteel onderzoek.
In de eerste tien jaren na de oorlog kwam er geleidelijk een verwijdering tussen de elementaire deeltjesfysica (‘hoge energie-fysica’) en de eigenlijke kernfysica (‘lage energie’): de begrippen en verschijnselen, de instrumenten en de opsporingstechnieken diversifieerden zich meer en meer; de deeltjesfysica kende een opbloei die haar vlak tot een van de meest dynamische domeinen van de naoorlogse wetenschap maakte. De Belgische wetenschap volgde deze beweging, zowel door de ontwikkeling van onderzoeksteams als door haar zeer actieve bijdrage tot het opstarten van CERN.
| |
▫ Het Interuniversitair Instituut voor Kernwetenschappen
Op institutioneel vlak bleef het onderzoek geconcentreerd in de universitaire laboratoria, maar daarnaast ontstonden nieuwe onderzoeksinstituten zoals het Interuniversitair Instituut voor Kernwetenschappen. Reeds vanaf 1943 maakte het NFWO voorbereidingen om het wetenschappelijke leven na de oorlog te hervatten. Kort na de Bevrijding kreeg een commissie, voorgezeten door Frans van den Dungen, prorector van de ULB, de opdracht de mogelijkheden voor onderzoek in verband met kernenergie te bestuderen. Nadat zij tot de conclu- | |
| |
sie was gekomen dat de Belgische inspanningen voor de oorlog niet veel hadden opgeleverd, onderzocht zij twee mogelijke structuren: de vorming van een nieuwe nationale instelling (type Sterrenwacht) of de ondersteuning van de bestaande universitaire laboratoria door het bevorderen van samenwerking. De commissie koos voor de tweede oplossing, daar de eerste oplossing de bestaande onderzoeks- en onderwijsequipes teveel zou ontmantelen.
Volgens deze richtlijn werd in 1947 het Interuniversitair Instituut voor Kernfysica opgericht, een feitelijke vereniging onder de leiding van de directeur van het NFWO, Jean Willems, en van Marc de Hemptinne. Het IIKF steunde het fundamenteel onderzoek maar ook de meer op toepassing gerichte onderzoeken, zoals het onderzoek van de Gentse groep Verhaeghe en de Leuvense rond Marc de Hemptinne over de verspreiding en de absorptie van trage neutronen, of het onderzoek over de bereiding van zuiver uraniummetaal door J. Van Impe aan de ULB.
In 1951 werd het IIKF vervangen door het Interuniversitair Instituut voor Kernwetenschappen, een instelling van openbaar nut belast met ‘het opzetten, bevorderen en coördineren van wetenschappelijk onderzoek behorende tot de kernwetenschappen met uitsluiting van de toepassingen’. Het IIKW, waarvan de opdracht voortaan duidelijk was beperkt tot fundamenteel onderzoek, bleef nauw geassocieerd met het NFWO, vermits de directeur (Jean Willems) en de secretaris-generaal (Max Fréson) dezelfde waren in de beide instellingen, en beide organisaties bovendien hetzelfde gebouw deelden in de Egmontstraat te Brussel. De rectoren van de vier Belgische universiteiten, van de Faculté polytechnique van Mons en van de Koninklijke Militaire School waren lid van de Raad van Bestuur.
Door de vorming van het IIKF, en nadien van het IIKW beschikte België over wetenschappers die voltijds onderzoek deden, wat over het algemeen niet mogelijk is in een universitair kader. Het aantal onderzoekers dat door het IIKF/IIKW werd betaald, groeide van 10 in 1947, tot 34 in 1951 en 130 in 1959 (met daarnaast, op dat ogenblik, 162 man technisch personeel). De kredieten werden verstrekt door het Ministerie van Openbaar Onderwijs en vervolgens, vanaf 1952, door het Commissariaat voor Atoomenergie, dankzij de winsten uit de verkoop van uranium aan de Verenigde Staten.
| |
Het Studiecentrum voor Kernenergie
Het toegepast onderzoek, voornamelijk met betrekking tot de reactoren, werd losgemaakt van het IIKW en ondergebracht bij het in 1952 opgerichte Studiecentrum voor de Toepassingen van Kernenergie (SCTK). Dat werd in 1957 het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK), met onderzoeksinstallaties te Mol. De vorming van deze los van het IIKW staande instelling lijkt met name tot doel te hebben gehad de relaties voortvloeiend uit de uraniumcontracten met de Amerikanen te verbeteren; het moest waarschijnlijk ook de Amerikanen geruststellen door de te ‘links’ beschouwde leden van de Faculteit Wetenschappen van de ULB de toegang tot de kerntechnologie te ontzeggen.
Wat betreft de vorming van Belgische wetenschappers en ingenieurs zouden enkelen vanaf 1949 de reactor Oak Ridge in de Verenigde Staten bezoeken, echter zonder toegang te krijgen tot spitstechnologie. Het uitsturen in 1952 van een missie van een tiental Belgen voor specialisatiecursussen naar Argonne was belangrijk voor de latere ontwikkeling van de Belgische kernindustrie. Het SCK was heel actief inzake reactoren (in het bijzonder de studie van de eigenschappen van materialen die werden gebruikt voor reactoren), en zette tevens een programma op voor onderzoek en ontwikkeling in de nucleaire metallurgie en scheikunde, en in de afvalverwerking. Het centrum van Mol leverde voorts bijdragen tot de experimentele fysica - in de neutronenfysica, de vaste stoffysica en de radiobiologie - alsook in het domein van de theoretische fysica.
| |
▫ De kernfysica
De universitaire programma's van de jaren '50
Reeds voor de oorlog had Marc de Hemptinne plannen om aan de universiteit van Leuven een cyclotron te installeren. Begin 1945 ontmoette hij in Londen Guy Tavernier, die aan het Imperial College werkte aan de constructie van een Van de
| |
| |
Graaff-versneller van 2 MeV. Kort daarop zond hij zijn leerling Luc Gillon voor enige maanden naar Londen; die zou wat later een Van de Graaff-versneller bouwen aan de universiteit van Leuven.
Het plan voor de bouw van een cyclotron werd snel concreet dankzij een belangrijk krediet van Union Minière (1947) aan elk van de vier Belgische universiteiten. Op initiatief van de Hemptinne gebruikte de Leuvense universiteit dit krediet om, met financiële steun van het IIKW, door ACEC een deuteronenversnellende cyclotron van 13 MeV te laten bouwen die werd geïnstalleerd in het Centrum voor Kernfysica te Heverlee. Van 1952 tot 1959 werd deze cyclotron gebruikt voor de productie van radioactieve isotopen en snelle neutronen, vervolgens voor de studie van kernreacties en voor de spectroscopie van deeltjes met korte levensduur.
Te Gent was de buitenlandse Francqui Leerstoel voor 1946-1947 aangeboden aan Frédéric Joliot, die hem niet kon aanvaarden omwille van zijn taken als Hoog Commissaris voor Atoomenergie. Op zijn aangeven werd de leerstoel ingenomen door André Berthelot (1912-1986), wiens cursussen door een vijftigtal toehoorders werden bijgewoond. Omringd door Franse en Belgische medewerkers bouwde hij een laboratorium voor kernfysica, kort daarna overgenomen door Julien Verhaeghe (1905-1972). In het midden van de jaren '50 construeerde de groep kernfysici van de Gentse universiteit een eerste lineaire elektronenversneller (LINAC), met een energie van 1,5 tot 4,3 MeV. Deze zou gedurende meerdere jaren met succes functioneren, en stelde de groep in staat een heden nog steeds gewaardeerde ervaring op te bouwen inzake het gebruik van dit type versneller, alsook inzake de constructie en het in werking houden van de bundellijn.
Ook aan de Luikse universiteit werd het onderzoek in de kernfysica voortgezet met de installatie in 1956 van een Van de Graaff-versneller van 2 MeV in het laboratorium van professor Léon Winand te Val-Benoît. In 1972 werd een door het IIKW gefinancierde Van de Graaff-versneller van 3 MeV in gebruik genomen. Ook werden Cockcroft-Walton-versnellers gebruikt aan de Koninklijke Militaire School, de ULB en het centrum voor kernfysica van de Faculté polytechnique te Mons.
Voorts dient nog vermeld het onderzoek in de nucleaire scheikunde uitgevoerd door Julien Hoste te Gent (met een badreactor), door Paul Capron te Leuven en door Georges Duyckaerts te Luik. Aan de ULB tenslotte deden Kipfer en Devooght onderzoek naar de nucleaire metrologie.
| |
Het advies van een expert
In het midden van de jaren '50 getuigden de Belgische programma's dus van een zekere versnippering en waren ze, wat fundamenteel onderzoek aangaat, op internationaal vlak niet altijd erg competitief. Bovendien differentieerden kernfysica en deeltjesfysica zich snel. Vooral die laatste beleefde een ware boom dankzij de ingebruikname van de Cosmotron van 3 GeV te Brookhaven (New York) in 1952, en van de Bevatron van 6 GeV te Berkeley in 1954. Wat later werd de PS van 25 GeV van CERN te Genève in werking gesteld (eind 1959), gevolgd door de AGS van Brookhaven het jaar daarop. Er rezen dan ook een aantal vragen omtrent de onderzoeksperspectieven in België en de beste manier om de middelen te optimaliseren. In die zin vroeg het bestuur van het IIKW, voorgezeten door Willems, in de herfst van 1957 aan professor George B. Collins, voorzitter van het Cosmotrondepartement en op sabbatverlof in Europa, een expertiserapport.
Collins bezocht uitgebreid de Belgische onderzoekscentra en overhandigde in de lente een rapport van 9 bladzijden dat veel invloed zou hebben op de evolutie van de deeltjesfysica. Het rapport is echter ook interessant voor de kernfysica, daar het de visie geeft van een externe waarnemer. Eigenlijk was Collins vrij kritisch. Hij meende dat teveel inspanningen gingen naar het uitsluitend laten functioneren van de machines, en men voorts vaak met voorbijgestreefde concepten werkte. Hij bekritiseerde tevens de manke samenwerking tussen de centra, de geringe openheid tegenover het buitenland en het tekort aan onderzoekers in de leeftijdsklasse van 22 tot 35 jaar. Menende dat de kernfysica niet langer een voortrekkersrol speelde, stelde hij de creatie voor van een interuniversitair laboratorium voor deeltjesfysica; hij deed een hele reeks voorstellen die verder in dit hoofdstuk aan bod zullen komen.
| |
| |
De pessimistische visie van Collins over de kernfysica lijkt ons nu overdreven, ook al is het ongetwijfeld zo dat onder impuls van de uitgebreide mogelijkheden van industriële toepassingen de kernfysica zich op een vrij ongeordende manier heeft ontwikkeld, met een zekere verspilling van middelen tot gevolg en misschien ook zonder voldoende reflectie over echt interessante en veelbelovende ontwikkelingen. Maar voor wat de Belgische situatie betreft, bevatte de diagnose van Collins veel waarheid, en heeft zij helpen vermijden dat het IIKW en de academische verantwoordelijken nog langer hun middelen besteedden aan de ongecontroleerde bouw van een reeks versnellers van lage energie bestemd voor de kernfysica.
| |
De nieuwe machines
In het begin van de jaren '60 kwam de Commissie voor Lage Energieën van het IIKW, voorgezeten door Marc de Hemptinne en met als secretaris Marcel Demeur, professor theoretische kernfysica aan de ULB, met een ambitieus project: de creatie van een groot nationaal interuniversitair centrum rondom een performante versneller. Dit centrum zou een aantrekkingspool en een ontmoetingsplaats moeten zijn voor onderzoekers en theoretici van verschillende universiteiten en het SCK te Mol. Het onderzoek was toegespitst op de studie van botsingen van zware ionen (Marcel Demeur) en de kernspectroscopie (Pierre Macq). In het heersende klimaat van communautaire spanningen werd het plan echter begraven door Eerste Minister en Minister van Wetenschapsbeleid Theo Lefèvre (CVP).
De nieuwe ontwikkelingen in de experimentele kernfysica bleven daardoor het werk van universitaire equipes, in het bijzonder te Leuven onder impuls van Marc de Hemptinne en onder leiding van Pierre Macq. Een nieuwe wending kwam er met de in 1965 aangegane verplichting om in Waals-Brabant nieuwe onderzoekslaboratoria in te planten voor de Franstalige Leuvense universiteit. Al snel volgde de beslissing om in Louvain-la-Neuve een isochrone cyclotron te installeren van ongeveer 100 MeV, die zou kunnen dienen als injector van een nog veel krachtiger toestel. De financiering van dit toestel gebeurde door het onderzoeksfonds van de UCL, het speciale transferfonds van de universiteit en het IIKW. De intussen besliste verhuizing
Controlepaneel van de lineaire versnellar LINAC van de Genste universiteit. Gent. Archief Universiteit Gent ▪
| |
| |
De lineaire versneller LINAC van de Gentse universiteits. Gent, Archief Universiteit Gent ▪
van de UCL naar Louvain-la-Neuve begon met de overplaatsing van het departement fysica; het nieuwe toestel, de CYCLONE (CYClotron de LOuvain-la-NEuve), trad in werking in 1972. Het werd al snel een werkinstrument voor gebruik op interuniversitaire en internationale basis.
Te Gent werd in 1965 een LINAC van 90 MeV geïnstalleerd; het transportsysteem van de bundel en de installatie ervan waren, volgens de traditie van de groep, hoofdzakelijk het werk van het laboratorium zelf.
| |
▫ De elementaire deeltjesfysica
Het laboratorium van de ULB
Al voor de oorlog hadden Piccard, Kipfer en Cosyns aan de ULB interesse voor kosmische straling. Hun onderzoek kende navolging en verdere ontwikkeling met de aanstelling in 1948 van Occhialini als geassocieerd onderzoeker aan het Centre de Physique nucléaire, opgericht in 1947 op initiatief van leden van de faculteiten Wetenschappen en Toegepaste Wetenschappen, onder wie Jules Géhéniau.
Giuseppe Occhialini (1907-1994) was wereldberoemd, hoofdzakelijk omwille van twee belangrijke bijdragen. In 1932 had hij met Patrick Blackett een Wilsonkamer (nevelkamer) geconstrueerd, uitgerust met een dispositief gebaseerd op de coïncidentie van twee Geigertellers, waardoor ze in werking schoot bij de doortocht van deeltjes. Met deze aan kosmische straling blootgestelde kamer konden ze in 1933 Andersons ontdekking van het positron bevestigen, en de productie volgen van elektronpositron-paren, ontstaan - conform aan Diracs theorie - door de conversie van hoogenergetische fotonen. Occhialini's terugkeer naar Italië was van korte duur, want reeds in 1937 week hij uit naar Brazilië wegens zijn afkeer van het fascisme. In 1945 vervoegde hij de groep van C.F. Powell te Bristol, die bezig was met het op punt stellen van fotografische emulsies in dichte lagen om de doortocht van geladen deeltjes te visualiseren. Eind 1946 ontdekte Occhialini na waarnemingen gedaan in het observatorium van Pic du Midi, een nieuw deeltje, het door Yukawa in 1935 voorspelde π-meson,
| |
| |
evenals de desintegratie ervan in een ander deeltje, het μ-muon, dat men kan gelijkstellen met de penetrerende component die in 1937 is waargenomen in de kosmische straling.
Het artikel dat de ontdekking van Powell en Occhialini bekendmaakte, was eigenlijk de start van een nieuwe fysica, die van de elementaire deeltjes, waarvan de lijst al snel werd aangevuld met de ontdekking in de kosmische straling van de productie van deeltjes die als ‘vreemd’ werden omschreven: de Κ-mesonen en Λ-hyperonen.
Onder Occhialini's impuls ontwikkelde het laboratorium van de ULB, dat door talrijke buitenlandse onderzoekers werd bezocht, een onbetwist meesterschap in de uiterst delicate behandeling van de kernemulsie en in de studie van de kenmerken (massa en levensduur) van deeltjes geproduceerd door kosmische straling, op dat moment de enige bron van nieuwe deeltjes. Vanaf 1954 pendelde Occhialini tussen Milaan en Brussel, waar hij geassocieerd hoogleraar bleef tot in 1964.
De toekomst van het laboratorium van de ULB werd, net als de hele Belgische deeltjesfysica, sterk getekend door Collins' rapport voor het IIKW, in het bijzonder door het accent dat werd gelegd op de deeltjesfysica, en door de nadrukkelijke vraag tot hergroepering van de middelen, wat veel later zou leiden tot de creatie van het IIHE.
| |
Collins' aanbevelingen
Het meest originele en interessante deel van Collins' rapport bestond uit aanbevelingen inzake de oprichting van het interuniversitair (postdoctoraal) laboratorium voor deeltjesfysica en de vorming van het onderzoekskader. Hij stelde: ‘het laboratorium zal als basis dienen voor de bestaande centra. Het mag niet verworden tot een nieuw, relatief onafhankelijk laboratorium, en het mag nooit de bestaande centra tot last zijn. [...] De samenwerking moet bestaan hetzij uit korte bezoeken aan het laboratorium, hetzij uit langere verblijven [...]. Het moet dienen als vormings- en onderzoekscentrum voor leden van de universitaire faculteiten’.
Concreet pleitte Collins ervoor om geen nieuwe versneller in België te bouwen. Immers, om nuttige resultaten te leveren in het domein van de deeltjesfysica moest zo'n versneller 0,5 tot 3 GeV bereiken, wat ‘een te grote stap zou zijn om mee te beginnen [...]. De constructie van zo'n versneller zou niet binnen een redelijke termijn kunnen worden voltooid zonder voor grote moeilijkheden te zorgen in de bestaande installaties, waar het personeel zou worden afgeleid ten bate van de versneller’. Collins vond eerder ‘dat het nieuwe laboratorium gericht zou moeten worden op de voorbereiding en analyse van experimenten die effectief worden uitgevoerd met hoogenergetische versnellers in andere landen’. Dit voorstel, geïnspireerd door de interuniversitaire ervaring van Brookhaven, anticipeerde op de praktijk die in de jaren '60 en '70 op grote schaal in Europa rond CERN tot ontwikkeling zou komen. Ze was toen echter allesbehalve vanzelfsprekend.
Tenslotte deed Collins heel concrete voorstellen inzake de vorming van het wetenschappelijk kader: ‘Een kleine groep competente jonge fysici, vertrouwd met de moderne technieken van de deeltjesfysica, moet worden opgeleid om het laboratorium te leiden. Bijgevolg stel ik voor een programma vast te leggen voor postdoctorale beurzen voor studies in gespecialiseerde instellingen buiten België. Deze beurzen moeten de jonge onderzoekers in staat stellen in contact te komen en samen te werken met collega's van over heel de wereld, en hun toelaten de best mogelijk vorming te verwerven [...]. Jaarlijks zouden 3 tot 6 beurzen moeten worden toegekend op basis van de verdiensten van de kandidaten, voor studieperiodes van 6 maanden tot 1 jaar’.
| |
Het Belgisch Interuniversitair Laboratorium voor Hoge Energieën
Collins' programma werd grotendeels uitgevoerd, o.a. door de steun van Max Fréson, secretaris-generaal van het NFWO. Vanaf 1959 werden jonge wetenschappers van de vier universiteiten naar het buitenland gestuurd, telkens voor drie stages van een jaar. Zij vertrokken naar Saclay bij Berthelot, naar CERN bij de groep van Kovarski en Goldschmidt-Clermont, en naar Berkeley bij Alvarez. Daarnaast werd vanaf 1961 te Brussel een Belgisch Interuniversitair Laboratorium voor Hoge Energieën (BILHE) opgericht. Het werd eerst voorlopig geïnstalleerd in de Troonstraat, daarna in de lokalen
| |
| |
van de Koninklijke Militaire School in de Hobbemastraat, op de site van het vacuümlaboratorium van professor Emile Thomas. André Berthelot was voorzitter van het directiecomité; ook Yves Goldschmidt-Clermont en Emile Thomas zaten in de directie. In 1964 werd Fernand Grard aangesteld als directeur van het laboratorium. Grard had gestudeerd aan de ULB en was IIKW-onderzoeker aan de Faculté polytechnique te Mons. Hij had de drie stages uit Collins' programma afgewerkt. Léon Rosenfeld kreeg de rol van directeur met directe verantwoordelijkheid bij het IIKW, bezocht regelmatig het laboratorium en wierp zich op als woordvoerder bij het IIKW voor kredietaanvragen. Het BILHE telde snel een tiental onderzoekers, afkomstig van de ULB-VUB, de UCL-KULeuven en Gent (Luik hield zich eerder afzijdig op het vlak van de fysica van de hoge energieën).
Een specifiek programma voor deeltjesfysica werd gelanceerd. Het BILHE specialiseerde zich in een vooruitstrevende en veelbelovende techniek: het bellenvat. Ontwikkeld te Berkeley door Glaser en nadien, vanaf 1952, door Alvarez en zijn medewerkers, laten bellenvaten toe het traject en de impuls van geladen deeltjes te meten, wat het mogelijk maakt oneindig veel sneller te werken dan met de techniek van de kernemulsie, en grote statistieken te verzamelen van interacties opgenomen bij deeltjesversnellers. Dankzij bellenvaten zouden in de loop van de jaren '50 en '60 tientallen nieuwe deeltjes, ‘resonanties’, worden ontdekt, waardoor grote vooruitgang mogelijk was op het vlak van het inzicht in de structuur van de materie (quarkmodel). Het BILHE zou zich vooral wijden aan de studie van de interacties tussen Κ+-mesonen en protonen en neutronen - via foto's van waterstofbellenvaten van CERN -, en in het bijzonder aan de studie van resonanties en de interacties tussen hadronen.
| |
Het Interuniversitair Instituut van de Hoge Energieën (ULB-VUB)
Het laboratorium van de ULB werd vanaf 1960 de facto geleid door Jean Sacton, die in Saclay had stage gelopen. Het bleef zich onafhankelijk van het BILHE ontwikkelen met een onderzoeksprogramma dat in eerste instantie gericht bleef op het gebruik van de kernemulsietechniek. Dezelfde techniek werd ook gebruikt bij de versnellers van CERN en Brookhaven om de fysica van de hyperonen en de hyperkernen te bestuderen, waarvoor ze bijzonder goed was aangepast: door de stoffen te bestuderen die vrijkomen bij het verval van een kern na het opnemen van een Κ-meson kan men informatie verwerven over de interacties tussen hyperonen en nucleonen evenals over de structuur van de kern. Omdat de ontleding met de microscoop van grote hoeveelheden emulsie een omslachtig werk is, leidden deze experimenten al gauw tot internationale samenwerkingsverbanden van soms meer dan tien laboratoria.
In de loop van de jaren '60 begon het ULB-laboratorium zijn activiteiten te diversifiëren door deel te nemen aan de analyse van foto's van bellenvaten met ‘zware’ (freon, propaan) en cryogene vloeistoffen. Dit onderzoek had tot doel de eigenschappen te bestuderen van de vreemde deeltjes en van hun interacties met de materie, evenals de kenmerken van interacties van hadronen met waterstof en deuterium.
Snel na de afscheiding van de ULB bezat ook de VUB een departement voor elementaire deeltjesfysica onder leiding van Jacques Lemonne. De ULB en de VUB besloten in 1972 tot de oprichting van een Interuniversitair Instituut van de Hoge Energieën (IIHE), waarbinnen al het onderzoek voortaan gemeenschappelijk zou gebeuren. In 1976 werd het laboratorium van het IIHE geïnstalleerd in de gebouwen van de VUB aan de Pleinlaan.
In de loop van de jaren '70 bemoeilijkten de communautaire spanningen het behoud van een nationaal laboratorium zoals het BILHE, hoewel er steeds een groot evenwicht was geweest tussen Franstalige en Nederlandstalige onderzoekers. In het vooruitzicht van een sluiting werd een ‘directie’ gevormd die rechtstreekse verantwoordelijkheid droeg bij de IIKW; zij bestond uit Fernand Grard, Jacques Lemonne en Jean Sacton.
In 1976 ging het BILHE effectief dicht en werd het personeel, op basis van eigen keuze, verdeeld over het IIHE en de dienst deeltjesfysica die was opgericht door en onder leiding stond van Fernand Grard aan de universiteit van Mons. Aan Vlaamse
| |
| |
Een Κ meson interageert in een kernemulsie; daarbij worden een π meson en een Σ hyperon geproduceerd. Brusse, Université libre de Bruxelles, Inter-University Institute for High Energies (ULB-VUB) ▪
zijde verkoos de groep deeltjesfysica, opgericht in 1973 aan de UIA te Antwerpen en geleid door Frans Verbeure, zich te verenigen met het IIHE en zelf geen autonome infrastructuur te ontwikkelen. Het IIHE nam dus als het ware de plaats in van het BILHE, maar dan eerder onder de vorm van een ‘confederatie’ van laboratoria dan onder die van een nationaal laboratorium.
| |
▫ De rol van België bij de oprichting van CERN
Het is onmogelijk de geschiedenis van de deeltjesfysica in België te behandelen zonder te spreken over de creatie van CERN (Conseil européen pour la Recherche nucléaire), en wel om twee redenen: enerzijds omwille van de centrale rol die CERN heeft gespeeld voor de Belgische onderzoekers, anderzijds omwille van de zeer belangrijke rol die Belgen en de Belgische Staat hebben gespeeld bij de oprichting van CERN.
| |
Een samenloop van belangen
Sterk vereenvoudigd kan men zeggen dat CERN is ontstaan uit het samengaan van enerzijds de belangen van een groep topfunctionarissen van het wetenschapsbeleid, gedreven door een sterk naoorlogs Europees ideaal (hoewel ook tegelijk verdedigers van nationale belangen), en anderzijds van een groep relatief jonge, ambitieuze fysici en ingenieurs die zich op wereldvlak naar de eerste plaats wilden hijsen. Van bij het begin was de Belg Jean Willems (1895-1970) één van de hoofdrolspelers. Willems was secretaris van de ULB van 1921 tot 1928 en werd bij de stichting van het NFWO in 1928 door Koning Albert I benoemd tot directeur. Hij bouwde een indrukwekkende carrière uit als ‘hoge rijksambtenaar’ in wetenschappelijke en universitaire aangelegenheden. Net zoals de twee andere hooggeplaatste wetenschappelijke verantwoordelijken die doorslaggevend waren bij de creatie van CERN, de Fransman Raoul Dautry, oud-minister en administrateur-generaal van het Commissariaat voor Atoomenergie, en de Italiaan Colonetti, voorzitter van de Nationale Onderzoeksraad van Italië, was Willems een militant en overtuigd Europeeër.
Een belangrijke voorbereidende stap was de Europese cultuurconferentie van december 1949, bijgewoond door talrijke personaliteiten, onder wie Paul Henri Spaak. De subcommissie belast met wetenschappelijke problemen, met daarin Willems en Manneback, lanceerde de idee van een Europese wetenschappelijke samenwerking, en in het bijzonder de creatie van een Instituut voor Kernfysica. De volgende stap werd gezet op een bijeenkomst van de UNESCO te Florence in 1950. De Amerikaanse Nobelprijswinnaar Isidore Isaac Rabi legde er een verklaring af waarin hij de Europese landen aanmoedigde hun krachten te bundelen in het domein van de wetenschappen, en vermeldde expliciet de kernfysica. Dit werd gezien als een groen licht van de Amerikanen; een resolutie werd aangenomen
| |
| |
die de vorming van internationale onderzoekscentra aanmoedigde. Er was op dat ogenblik dus een convergentie tussen de aspiraties van de wetenschappers die de oprichting van zo'n centrum beschouwden als een uitstekend onderzoeksinstrument, en de belangen van de politieke verantwoordelijken die het eerder zagen als een middel om de Europese gedachte te verbreiden.
| |
Belgische steun voor het meest ambitieuze project
In de volgende maanden intensifieerde de Franse fysicus Pierre Auger, directeur van het departement exacte en natuurwetenschappen van de UNESCO, zijn consultaties, wat leidde tot een bijeenkomst van specialisten in december 1950. In een enthousiaste sfeer spraken de acht deelnemers, afkomstig uit Frankrijk, Italië, België, Nederland, Zwitserland en Noorwegen, zich uit voor de bouw van een grote versneller, nog krachtiger dan de versnellers van Brookhaven en Berkeley. Wat later zouden de wetenschappelijke instellingen van de drie drijvende krachten achter het initiatief, Frankrijk, Italië en België, de eerste financiële middelen voor het studiebureau ter beschikking stellen.
De daaropvolgende periode is nogal onduidelijk. De Engelsen toonden weinig interesse voor het project, daar zij op nationaal niveau over een competitieve uitrusting beschikten. De Scandinaviërs waren dan weer echte voorstanders van een Europees project, maar verkozen een progressieve evolutie, steunend op de coördinatie en ontwikkeling van bestaande instellingen (te beginnen met het Bohrinstituut te Kopenhagen, toekomstige kern
Oprichtingsakte van CERN, getekend door de vertegenwoordigers van de twaalf lidstaten, onder wie Jean Willems voor België. Genéve, CERN ▪
| |
| |
van het departement theoretische fysica van de organisatie). De Fransen, Italianen en Belgen (Verhaeghe en Capron) daarentegen verdedigden vurig het meest ambitieuze project, wellicht omdat deze landen op nationale schaal geen experimentele infrastructuur hadden, noch prestigieuze onderzoekscentra zoals het Bohrinstituut. Het waren ook de landen waar het Europees gevoel het sterkst was, zoals blijkt uit de medewerking aan een reeks andere initiatieven (Plan Schuman, EGKS, enz.).
In december 1951 riep de UNESCO te Parijs een conferentie van regeringsleiders samen waaraan 13 landen deelnamen, waaronder ook België. Er werd een tussenoplossing gevonden die de Scandinaviërs tevreden stelde inzake het departement theoretische fysica; maar het meest essentiële was verworven: het besluit over de constructie van een groot toestel was definitief. Ditmaal hadden de wetenschappers begrepen dat ze er, ondanks verschillen in appreciatie, belang bij hadden front te vormen tegenover de regeringen. Maar het was ook duidelijk dat hun succes vooral te danken was aan het samengaan van hun belangen met die van de politici die ijverden voor een Europese toenadering in het voordeel van de nationale belangen.
| |
De realisatie
De concrete realisatie van de nieuwe instelling gaf aanleiding tot vele discussies, waarbij de Belgische vertegenwoordigers een zeer dynamische houding aannamen. Het op punt stellen van het versnellen ‘met gealterneerde gradiënten’ liet toe een veel krachtiger machine te ontwerpen dan de bestaande Amerikaanse toestellen: de PS (Proton Synchrotron) zou 25 GeV moeten halen. Ditmaal toonden de jonge Britse fysici en ingenieurs wel belangstelling voor de projecten; zij leverden aanzienlijke technische steun bij de opbouw van CERN.
De constructie van de PS vereiste een groter budget dan voorzien. Een verklaring van Willems illustreert zijn persoonlijk engagement in het project: hij was van mening dat indien na enkele jaren de initiële schattingen van de kosten van de PS ‘financieel gezien onrealistisch bleken, de regeringen het zeker noodzakelijk zouden vinden hun bijdragen te verhogen’. Willems was evengoed vertegenwoordiger van CERN bij de Belgische regering, als regeringsvertegenwoordiger bij CERN...
Eind 1959 werd de PS in gebruik genomen. De krachtigste versneller ter wereld bevond zich dus heel even in Europa, totdat de Amerikanen korte tijd later te Brookhaven met de AGS een nog iets krachtiger toestel hadden.
Naast de belangrijke politieke rol van België bij de creatie van CERN verdient ook de rol van de aan CERN verbonden Belgische wetenschappers en ingenieurs bij de constructie van de machine en de voorbereiding van de experimenten aandacht. In het bijzonder vermelden wij Pierre Germain, in 1959 aangesteld als chef van de afdeling ‘operatie’ van de PS, en Yves Goldschmidt-Clermont, al in 1953 verbonden aan CERN voor de voorbereiding van het instrumentarium voor de experimenten; hij werkte samen met de groep van het BILHE voor experimenten met waterstofbellenvaten. Beiden onderwezen aan de faculteit Toegepaste Wetenschappen van de ULB, respectievelijk vanaf 1957 en 1956.
Ook andere Belgische onderzoekers binnen CERN verdienen aandacht om hun engagement. Zo heeft een groep van de UCL zich gewijd aan de studie van de zwakke interactie en van de fysica van het muon met behulp van het synchrocyclotron. Enkele fysici, voor het merendeel afkomstig van de ULB, groepeerden zich rond Jean-Pierre Stroot en verbleven permanent bij CERN van het einde van de jaren '60 tot 1989; deze groep wijdde zich hoofdzakelijk aan de ontwikkeling van nieuwe detectoren (met name Cerenkov-tellers) en aan het gebruik van elektronische tellers in uiteenlopende experimenten.
| |
▪ Van de jaren '70 tot vandaag
In de jaren '70 was de scheiding tussen kernfysica en deeltjesfysica een feit: voortaan kende elk van beide zijn eigen ontwikkeling, zowel in termen van onderzoeksprogramma's en uitrusting als in institutionele termen.
De kernfysica schenkt voortaan vooral aandacht aan extreme situaties (kernen met een groot overschot of een groot tekort aan neutronen in vergelijking met de stabiele isotopen, sterk vervormde
| |
| |
CYCLONE, CYClotron de LOuvain-la-NEuve. Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Centre de Recherches du Cyclotron ▪
kernen, grote kinetische warmte, hoge excitatieenergie). Ze speelt een essentiële rol in de vooruitgang van de astrofysica (kernfusie, stellaire ontwikkelingsmodellen, datering van de evolutie van het heelal). Zowel op theoretisch als op experimenteel vlak worden enkele van haar methoden gebruikt in andere wetenschappelijke domeinen (atoom- en molecuulfysica, fysica van de vaste toestand) en opent ze nieuwe perspectieven in talrijke technologische toepassingen (materiaalwetenschap, medische en biologische toepassingen).
De deeltjesfysica onderzoekt een wereld van steeds kleiner wordende dimensies; dit vereist telkens opnieuw sterkere versnellers om hogere energieën te creëren, te vergelijken op de energiedichtheid die kort na de big bang in het universum heerste. Ze gaat ook een directe dialoog aan met de kosmologie, wat leidt tot informatie-uitwisseling. Door de zeer hoge eisen die ze stelt, blijft ze tevens een geprivilegieerd domein voor nieuwe ontwikkelingen in talrijke technologische gebieden.
De scheiding tussen kernfysica en deeltjesfysica gaat evenwel ook gepaard - maar is dit echt paradoxaal? - met het verschijnen van nieuwe bruggen tussen beide. Kernfysici en deeltjesfysici interesseren zich voor de structuur van de kern in termen van elementaire bestanddelen, voor de modificatie van de structuur van het nucleon in de kern (‘EMC-effect’), en voor de extreme omstandigheden die samengaan met botsingen tussen kernen bij zeer hoge energie (plasma van quarks en gluonen). De deeltjesfysica schenkt daarbij vooral aandacht aan fundamentele krachten, waaronder de ‘sterke’ nucleaire kracht, en aan de elementaire bestanddelen van de materie, waaronder de quarks en de gluonen, die dus ook de ultieme bestanddelen van de nucleaire materie zijn. Het ware simplistisch in de kernfysica een ‘afgeleid’ of ‘toegepast’ domein van de deeltjesfysica te zien. Immers, de onderzoeksvragen van de kernfysici betreffen systemen gevormd met een groot aantal protonen en met neutronen, waardoor de ‘fundamentele’
| |
| |
sterke kracht zich slechts indirect manifesteert. Om die reden moeten de kernfysici hun toevlucht zoeken tot theoretische en experimentele methodes die verschillen van die uit de deeltjesfysica.
| |
▫ De kernfysica
Het cyclotron van Louvain-la-Neuve
CYCLONE, het isochrone cyclotron van de UCL, grotendeels geconstrueerd door ACEC, werd in 1972 in gebruik genomen. Het laat toe protonen, α-deeltjes en zware ionen, van koolstof tot xenon, te versnellen tot energieën tussen 0,5 en 90 MeV per nucleon. Talloze verbeteringen werden aangebracht door het team ingenieurs van de UCL onder leiding van Yves Jongen en Guido Ryckewaert, in het bijzonder de ontwikkeling van ECREVIS en OCTOPUS, bronnen van zware ionen met sterke lading en hoge intensiteit, die toelaten de massa en energie van versnelde deeltjes gevoelig te verhogen, en intense bundels te produceren van snelle monokinetische secundaire neutronen.
Het cyclotron wordt voornamelijk ingezet bij het fysisch onderzoek van de interacties tussen snelle neutronen en protonen of lichte kernen, van de structuur van lichte kernen, van de zwakke interactie bij radioactief verval, van kernen die ver verwijderd zijn van de nucleaire stabiliteit en van het gedrag van snel draaiende kernen. De laatste jaren zijn ook studies gemaakt van interactiemechanismen veroorzaakt door zware ionen, waarvoor een modulaire neutronendetector wordt gebruikt die gezamenlijk door de UCL, de ULB en Franse teams is ontwikkeld.
Dankzij een tweede cyclotron werd in 1989 te Louvain-la-Neuve in het kader van een samenwerking tussen UCL, KULeuven en ULB onder leiding van Jean Vervier voor het eerst een bundel radioactieve ionen (stikstof 13) gerealiseerd; dit was lang voor de grote Europese (GANIL in Caen, ISOLDE bij CERN), Amerikaanse (Oak Ridge) en Japanse laboratoria. Dit vereiste de oplossing van complexe problemen inzake productie en scheiding van isobare deeltjes om bundels te verkrijgen met voldoende intensiteit en zuiverheid. Deze realisatie heeft het mogelijk gemaakt de werkzame doorsnede te meten voor het opnemen van protonen door stikstof 13, wat van het grootste belang is voor een juist begrip van het explosieproces van novae; de gevolgen ervan zijn diepgaand bestudeerd door de groep theoretische kernastrofysica van de ULB. Nieuwe ontwikkelingen zullen het weldra mogelijk maken andere reacties te bestuderen die belangrijk zijn voor de astrofysica.
Het cyclotron werd niet alleen gebruikt door teams van de UCL maar ook door ploegen van andere Belgische of buitenlandse universiteiten, meestal in samenwerking met de UCL. De KULeuven bijvoorbeeld heeft er een lineaire isotopenscheider geïnstalleerd die moet toelaten de desexcitatie van kortlevende exotische kernen te analyseren. Er is ook een nauwe samenwerking tussen de onderzoekers van de UCL en de groep theoretische kernfysica van de ULB. Het cyclotron wordt eveneens gebruikt voor onderzoeksprogramma's in de toegepaste wetenschappen (studie van de weerstand tegen kosmische straling van spatiale, elektronische en informaticacomponenten; productie van membranen voor microfiltratie), alsook in de geneeskunde (productie van radioactieve isotopen, onder meer gebruikt voor de tomografie met positronen, neutrotherapie en, meer recent, prototherapie van kanker). Tot slot vermelden we nog de oprichting te Louvain-la-Neuve van een onderneming voor assemblage en commercialisering van cyclotrons volgens het prototype van de CYCLONE.
| |
Andere programma's
Het is bekend dat de universiteit van Gent sinds de jaren '50 in het domein van de versnellers heel wat expertise heeft vergaard, vooral met lineaire elektronenversnellers. Een derde LINAC van 15 MeV, geïnstalleerd in 1984, laat toe zeer intense bundels te produceren van gepolariseerde en nietgepolariseerde fotonen. Door het onderzoek van de reacties bij fotofissie tracht men het fissieproces beter te begrijpen. Deze versneller wordt tevens gebruikt voor dosimetrie, de studie van nieuwe toepassingen in de synthese en behandeling van biomaterialen, en het medisch gebruik van bestraling met elektronen en fotonen (onder meer de ontwikkeling van een nieuwe behandeling van botkanker met buitenlichamelijke bestraling).
| |
| |
Aan de KULeuven heeft de groep van Romain Coussement zich geïntegreerd in verschillende nationale en internationale samenwerkingsverbanden. Vermeldenswaard zijn de onderzoeken in de spectroscopie (gebruik van lasers om de hyperfijne kernstructuur te bestuderen) en de briljante realisatie van de synthese van tin 100 (50 protonen en 50 neutronen) - ver verwijderd van de stabiele isotopen (ongeveer 70 neutronen) -, wat interessante informatie verschaft over de kernstructuur (‘dubbelmagische’ kern). De Leuvense onderzoekers zijn tevens actief bij CERN rondom de isotopenscheider ISOLDE voor de studie van exotische kernen.
Aandacht verdient ook het onderzoek te Geel bij het Centraal Bureau voor Nucleaire Metingen, dat afhangt van de Europese Gemeenschap en geleid wordt door Achille de Ruyter, hoogleraar te Gent in opvolging van Verhaeghe. Dit voor toegepast onderzoek bestemd laboratorium heeft tevens, samen met Saclay, belangrijke resultaten geleverd inzake de rol van intermediaire kerntoestanden voor de fissiesnelheid (fissie-isomeren).
Op het vlak van de internationale samenwerking signaleren we de hergroepering, tussen 1980 en 1994, van de teams van UIA, KULeuven, ULg en SCK rondom de hoge neutronenfluxreactor van Saclay. In het algemeen moet worden onderlijnd dat de groepen die aan de Belgische universiteiten experimenteren in de kernfysica in grote mate samenwerken met buitenlandse laboratoria, onder meer met Orsay en GANIL in Frankrijk, Darmstadt in Duitsland, Argonne in de Verenigde Staten, en ISOLDE bij CERN.
Noteren we tenslotte nog dat, net zoals de versnellers van de UCL en Gent worden gebruikt voor toegepast onderzoek, fysici er ook in slagen versnellers die eigenlijk voor medische doeleinden zijn bedoeld, in ‘beslag’ te nemen, zoals bijvoorbeeld de cyclotrons van de universitaire ziekenhuizen van Gent, Luik en de VUB.
| |
De ‘middenenergieën’
Rond het midden van de jaren '60 stelden de Nederlandse fysici voor om binnen de Benelux samen te werken aan de bouw van een ‘pionenfabriek’, maar dit project onderging hetzelfde lot als dat van de constructie van een nationaal laboratorium voor kernfysica.
Voor de Belgen had het onderzoek in de kernfysica van ‘middenenergieën’ dus plaats aan buitenlandse laboratoria, met name bij CERN, waar een groep rond Jean-Pierre Stroot en Pierre Macq de verstrooiing bestudeerde van pionen op lichte kernen. Groepen van de UCL, eerst geleid door Pierre Macq bij CERN, deden eveneens onderzoek nabij de lineaire versneller van Saclay, en daarna in het Zwitserse laboratorium van SIN (nu Institut Paul Scherrer) te Villigen. L. Grenacs en zijn team wezen op de afwezigheid van neutrale stromen van tweede klasse, terwijl Jules Deutsch en zijn medewerkers de theorie der zwakke interacties precies testten door alle parameters van het verval van het muon gelijktijdig te meten. Zij bestudeerden ook de eigenschappen van aan het elektron en het muon geassocieerde neutrino's.
| |
▫ Elementaire deeltjesfysica
Na de periode van opbouw in de jaren '60 hebben de Belgische laboratoria zich goed geïntegreerd in de evolutie van de deeltjesfysica. Nadat ze zich eerst hadden toegelegd op proeven met een vast objectief en het gebruik van bellenvaten, zijn ze sinds 1985 omgeschakeld en nemen ze, meestal samen, deel aan experimenten waarbij tellers worden gebruikt die bij botsers opgesteld staan.
| |
De jaren '70-'80: experimenten op vaste objectieven
Aan het einde van de jaren '60 wijdden de Belgische groepen zich enerzijds aan de studie van hyperkernen, anderzijds aan experimenten in bellenvaten (gebruikmakend van hadronenbundels).
Aan het IIHE werd onder impuls van Jean Sacton in het begin van de jaren '70 een nieuwe weg ingeslagen met de deelname aan het bij de PS van CERN uitgevoerde programma voor de studie van neutrino-interacties in het enorme met freon gevulde Gargamelle-bellenvat. Deze proef, gezamenlijk uitgevoerd door zeven laboratoria, gaf een fundamenteel resultaat: de observatie van neutrino-interacties van het type ‘neutrale stroom’, en in het bijzonder een voorbeeld van de elastische ver- | |
| |
Een van de eerste neutrino-interacties van het neutrale stroomtype ν̄μ + e· → ν̄μ + e· die men in het Gargamelle-bellenvat heeft waargenomen; deze interactie werd gevonden in Brussel in 1973. Brussel, Université libre de Bruxelles, Inter-University Institute for High Energies (ULB-VUB) ▪
Een van de eerste opnames in het 4.7 m bellenvat van het Serpukhov laboratorium (USSR) bestraald door een bundel protonen van 70 GeV. Brussel, Université libre de Bruxelles, Inter-University Institute for High Energies (ULB-VUB) ▪
strooiing van een neutrino aan een atomisch elektron (1973). Deze ontdekking gaf beslissende experimentele steun aan de theorie van Salam, Weinberg en Glashow over de unificatie van elektromagnetische en zwakke interacties, wat de auteurs de Nobelprijs bezorgde. Hetzelfde experiment liet toe de lineaire afhankelijkheid te observeren als functie van de energie van de werkzame doorsnede van de neutrino-interactie, wat het partonenmodel bevestigde, voorgesteld door Feynmann om de resultaten te verklaren die in 1969 aan het SLAC waren verkregen met de interacties van elektronen op protonen. Daarna werd het programma voor de studie van de fysica van het neutrino met grote bellenvaten voortgezet bij de SPS van CERN (400 GeV) en de Tevatron van Fermilab (800 GeV).
Vanaf het midden van de jaren '80 hebben het IIHE en de groep deeltjesfysici van Denis Favart aan de UCL nauw samengewerkt voor de studie van neutrino-interacties bij CERN, gebruikmakend
| |
| |
van tellers. Een van deze experimenten, CHORUS, heeft tot doel eventuele transities tussen de verschillende, momenteel gekende types neutrino's te observeren, wat heel belangrijke gevolgen zou hebben in de deeltjesfysica en de kosmologie. Het is leuk om weten dat de belangrijkste component van de detector bestaat uit een blok van 200 liter kernemulsie: terug naar de oorsprong...
De interacties van hadronen (in het bijzonder K-mesonen en antiprotonen) zijn bestudeerd aan de hand van verschillende types bellenvaten door de groepen van Antwerpen, Mons en het IIHE in het National Laboratory van Argonne (Chicago), bij de versneller van 70 GeV van Serpukhov (USSR), in het begin van de jaren '70 de sterkste ter wereld, vervolgens bij de SPS van CERN en bij het Tevatron
Het reusachtige BEBC-bellenvat van CERN. Genève, CERN ▪
van Fermilab. Dit programma heeft veel informatie opgeleverd over de kenmerken van de hadron-hadron-interacties, geïnterpreteerd door de kwantumchromodynamica. Deze groepen hebben eveneens deelgenomen aan experimenten, bij CERN en Fermilab, met betrekking tot de eigenschappen van deeltjes die een charme- of toverquark bevatten. De groep van Mons heeft bij CERN deelgenomen aan twee interactie-experimenten van muonen op protonen en op kernen, die talrijke belangrijke resultaten hebben opgeleverd, met name het beroemde ‘EMC-effect’ dat een verschillend gedrag van de quarks aangeeft naargelang ze behoren tot een vrij nucleon of gebonden zijn in een kern.
De bij CERN gedetacheerde groep fysici van het IIKW heeft deelgenomen aan verschillende proeven met tellers. Deze groep ontwikkelde en bouwde een nieuw type elektromagnetische calorimeter die intensief wordt gebruikt in diverse experimenten over de productie en de spectroscopische analyse van door gluonen (en niet door quarks) gevormde deeltjes.
| |
De jaren '90 en de experimenten aan de botsers LEP en HERA
In 1982 werd bij CERN de protonen-antiprotonen-botser in gebruik genomen. Hiermee kon men de W- en Zo-bosonen, mediatoren van de elektrozwakke kracht, observeren. Dit succes, dat CERN zijn eerste Nobelprijs opleverde (Rubbia en Vander Meer, 1984), heeft de kracht aangetoond van de ‘universele’ detectoren die een gedetailleerde reconstructie toelaten van interacties tussen deeltjes in frontale botsing (en dus aan de hoogst mogelijke energie voor om het even welke versneller).
De deelname aan het DELPHI-experiment bij de elektronen-positronen-botser LEP, in gebruik genomen bij CERN in 1989, was de eerste beduidende Belgische participatie aan een experiment met een botser. De teams van de universiteiten van Antwerpen (UIA), Mons, de ULB en de VUB vormden vanaf 1983 een Belgische groep die, in samenwerking met de drie andere experimenten die bij LEP waren ondergebracht, in detail de kenmerken bestudeerde van de productie en het verval van het Zo-boson, alsook van talrijke andere aspecten
| |
| |
van de deeltjesfysica. Het aantal neutrinofamilies werd bepaald op drie, en zeer precieze tests van het ‘standaardmodel’ zijn uitgevoerd die alle beantwoorden aan de voorspellingen. Naar de productie van nieuwe, door de ‘supersymmetrische’ theorieën voorspelde deeltjes is actief gezocht, maar dat is met de heden beschikbare energieën tevergeefs gebleken.
Sinds 1987 is een groep van het IIHE-UIA tot het H1-experiment toegetreden. Dit wordt uitgevoerd nabij de andere in Europa opgestelde botser, de elektronen-protonen-botser HERA te DESY (Hamburg), heden de enige machine van dit type. Dit experiment heeft als doel de verdeling van quarks en van gluonen in het proton bij zeer hoge energie precies te bestuderen, en ons begrip van de kwantumchromodynamische theorie te testen en uit te diepen. De theorie is uiterst complex en experimentele ondersteuning is onmisbaar om de theoretische ontwikkeling zelf te oriënteren. Een groep van de universiteit van Gent onder leiding van Robert Van de Vyver heeft zich recent bij het HERMES-experiment aangesloten (eveneens uitgevoerd nabij de HERA-botser) met het doel de impulsverdeling (spin) in het proton te meten. De experimenten bij HERA, net zoals die uitgevoerd bij LEP, zijn zeer nauw verbonden met het zoeken naar nieuwe deeltjes of het onderzoek van nieuwe, niet door het standaardmodel beschreven gedragingen van de materie. De resultaten zouden kunnen leiden tot een ‘nieuwe fysica’, misschien gelieerd aan een nieuwe unificatie van de fundamentele krachten van de natuur (leptoquarks, supersymmetrische deeltjes, enz.).
De toekomstperspectieven van de deeltjesfysica zijn, behoudens verrassingen, in grote lijnen uitgetekend voor de komende 20 tot 30 jaar. Rond 2005 zullen de LEP-tunnel en zijn installaties kunnen functioneren als protonen-protonen-botser met een energie van 7 TeV x 7 TeV: de LHC (Large Hadron Collider). Het onmiddellijke doel is het onderzoek van de productie van de ‘Higgs-deeltjes’, een ontbrekende schakel in het standaardmodel. Men hoopt ook nieuwe, onvoorspelbare ontdekkingen te doen die toelaten verder te gaan dan dit ‘standaardmodel’. De uitstekende resultaten van
De tunnel van de LEP elektron-positron botser van CERN. Genève, CERN ▪
de Belgische interuniversitaire samenwerking hebben de laboratoria van het IIHE, Mons, de UCL en de UIA ertoe aangezet zich te hergroeperen om toe te treden tot het CMS-team, dat werkt aan de ontwikkeling van een van de twee voornaamste detectoren die zullen worden geïnstalleerd bij de LHC.
Dit alles geeft aan hoe ingrijpend de mutatie is geweest die de deeltjesfysica in vijftien jaar heeft ondergaan. Middelgrote laboratoria zoals die van het IIHE (een dertigtal fysici van ULB, VUB en UIA) en van Mons (een tiental fysici) konden gelijktijdig deelnemen aan een hele reeks experimenten, die telkens verschillende jaren duurden. Op dit ogenblik worden alle middelen ingezet voor een aantal experimenten die ongeveer tien jaar voorbereiding en tien tot vijftien jaar gegevensverwerking en analyse vergen. Deze nieuwe situatie impliceert uiteraard grote veranderingen, zowel in de ervaring van de onderzoekers als in de vorming van de doctorandi.
| |
België en CERN
Hierboven hebben we gezien welke centrale rol CERN heeft gespeeld in de ontwikkeling van de experimentele fysica van de hoge energieën in België, en wat de bijdrage is geweest van de Belgische groepen in enkele van de meer betekenisvolle experimenten bij CERN. Het is ook belangrijk de rol van CERN in de ontwikkeling van de theoretische fysica te onderlijnen; door de onafgebroken stroom
| |
| |
De achterwaarste calorimeter en de signaalkabels van de H1 detector bij de HERA elektron-proton botser in het DESY laboratorium (Hamburg). Benelux Press ▪
bursalen en onderzoekers, afkomstig van alle universiteiten, heeft CERN onvergelijkbare steun gegeven aan de kwaliteit en internationalisering van de theoretische fysica in België.
Boven hebben we ook al gesproken over de eminente rol van verschillende Belgen in vaste dienst bij CERN, en dit reeds van bij de oprichting. Daarbij voegen we de briljante theoreticus Léon Van Hove (1924-1990), die in 1945 licentiaat wiskunde werd aan de ULB, vervolgens assistent was van Jules Géhéniau, een jaar studeerde te Princeton en daarna, in 1954 hoogleraar werd aan de universiteit van Utrecht. Van 1960 tot 1968 was Van Hove directeur van de afdeling Theorie van CERN; van 1976 tot 1981 was hij, als algemeen directeur Onderzoek, samen met John Adams codirecteur van CERN. In die tijd werd de cruciale beslissing genomen om de SPS om te vormen tot een protonen-antiprotonen-botser, de eerste intense antiprotonenbron in de wereld te construeren, en het LEP-project te lanceren. Van Hoves theoretische bijdragen beslaan verschillende domeinen: statistische mechanica, kwantumveldentheorie, kernfysica, fysica van de hoge energieën (in het bijzonder verdelingen van de multipliciteit van deeltjes in de hadronische eindtoestanden en plasma van quarks en gluonen).
Op managementgebied was het Jean Willems die vanaf 1954 voor de Belgische regering in de Raad van Bestuur van CERN zetelde. Hij was voorzitter van het Comité van Financiën tot in 1957 en ondervoorzitter van de Raad van Bestuur tussen 1957 en 1960; in 1961 was hij voorzitter. Daarna werd hij vervangen door Paul Levaux, die door zijn lange ervaring en perfecte kennis van CERN veel invloed had, wat zich heeft vertaald in het voorzitterschap van het Comité van Financiën tussen 1971 en 1973, en in het voorzitterschap van de Raad van Bestuur van 1975 tot 1977. Heden is Levaux ondervoorzitter van de Raad. Lemonne is lid van de Raad van Bestuur sinds 1972. Belangrijk is ook de rol van Jean Sacton, voorzitter van het invloedrijke European Committee for Future Accelerators van 1984 tot 1987, en in die functie aanwezig op de vergaderingen van de leidende
Computerreconstructie van een elektron-proton wisselwerking bij zeer hoge energie in de H1 detector. Brussel, Université libre de Bruxelles, Inter-University Institute for High Energies (ULB-VUB) ▪
| |
| |
organen van CERN en DESY, en voorzitter van de commissie ‘Particles and Fields’ van IUPAP van 1994 tot 1996.
Tot slot is het nog leuk om weten dat, op het einde van de jaren '60, wanneer CERN zich op het project wierp van de constructie van een krachtiger versneller (de latere SPS), ernstig werd overwogen om deze niet op de site te Genève te installeren. Onder de weerhouden mogelijkheden figureerde ook een Belgische site, het nabij Wépion gelegen Focant, dat lange tijd in koers bleef, maar dat het uiteindelijk toch moest afleggen tegen Genève. Hoewel men vanuit Belgisch standpunt deze keuze kan betreuren, heeft deze minder dure oplossing toegelaten de PS al jarenlang efficiënt te gebruiken als injector van de SPS.
| |
▫ Theoretische fysica en wiskundige natuurkunde
Dit laatste deel van ons overzicht is het kortst, hoewel het gaat om het meest uitgestrekte onderzoeksveld. Immers, elk van onze universiteiten verstrekt onderwijs in de theoretische fysica en doet aan theoretisch onderzoek in de kernfysica of de deeltjesfysica. Bovendien, en dat is toch opvallend, kent België al sinds lang meer theoretici dan experimentatoren, het gevolg (en niet het enige) van de geringe steun, in vergelijking met de buurlanden, aan het experimenteel onderzoek in ons land.
De onderwerpen behandeld door Belgische onderzoekers in de lange periode die in dit artikel wordt geschetst, zijn natuurlijk heel gevarieerd, meer nog dan de experimentele domeinen die aan
Luchtfoto van CERN; vooraan de luchthaven van Genève, de stippellijn toont de Frans-Zwitserse grens. Genève, CERN ▪
| |
| |
De ondertekening van de oprichtingsakte van CERN met Jean Willems. Genève, CERN ▪
zware materiële beperkingen zijn onderworpen. Het energetisch spectrum strekt zich uit van 1 eV voor de atoom- en molecuulfysica, over de typische grootte van de kernkrachten (MeV), de scheiding van quarks en gluonen in hadronen (GeV), de elektrozwakke unificatie (100 GeV), de supersymmetrie en de unificatie van elektrozwakke en sterke krachten (waarschijnlijk in het domein van de TeV), tot de kolossale energieën van de orde van de massa van Planck (10 19 GeV), corresponderend met de omstandigheden in het heelal in een fractie van de eerste seconde van zijn bestaan (supergraviteit, ‘superstrings’).
Het mag niet verbazen dat we onder de Belgische theoretici erg verschillende benaderingen terugvinden, soms zelfs bij een en dezelfde persoon: zoeken naar een ‘effectieve’ beschrijving van de experimentele resultaten, zelfs op minimale theoretische gronden; fenomenologische studie van de modellen (elektrozwakke theorie, kwantumchromodynamica, supersymmetrie); doorgedreven axiomatische exploratie.
Proberen het geheel van de werken van de Belgische theoretici te beschrijven zou dus praktisch neerkomen op een algemeen overzicht van de vele, al dan niet succesvolle theoretische ontwikkelingen van de laatste decennia. Zo'n immense opdracht zal hier niet worden ondernomen. Toch moge hier, naast de korte evocaties in de tekst van opmerkelijke Belgische theoretici zoals Lemaître, De Donder, Rosenfeld, Géhéniau en Van Hove, het werk worden vermeld dat aan de ULB werd gerealiseerd door Robert Brout en François Englert in talrijke domeinen, van de kosmologie tot de ‘superstrings’, in het bijzonder hun bijdrage aan de ontdekking van de rol van spontane symmetriebreking in de attributie van een massa aan bosonen, vectoren van de niet-abelse ijktheorie (voor het standaardmodel de bosonen W en Z). Dit mechanisme is een cruciaal onderdeel van het ‘standaardmodel’ in zijn huidige vorm; de waarneming waaraan het zijn bestaan ontleent, is de belangrijkste verantwoording voor het in werking houden van de LHC-botser bij CERN in de komende decennia.
Het dynamisme van de universitaire teams is zowel in de kernfysica als in de deeltjesfysica aantoonbaar. Aan de universiteit van Leuven zijn talrijke bijdragen geleverd, in het bijzonder in de deeltjesfysica, door de opvolgers van Lemaître en hun vele leerlingen: Manneback, Bouckaert en Cerulus
| |
| |
te Leuven, Speiser aan de UCL. Voor de ULB is melding gemaakt van de talrijke actieve onderzoeken in deeltjesfysica en wiskundige natuurkunde, evenals van de bijdragen van de door Marcel Demeur opgerichte groep kernfysica, in hoofdzaak in het domein van de lage energieën. Te Luik is de onderzoekstraditie van Léon Rosenfeld, Jean Serpe en Jean Humblet, voortgezet in de nucleaire fysica en de deeltjesfysica, met name in het kernfysisch werk van de groep van Claude Mahaux, dat vooral betrekking heeft op intermediaire energieën en het probleem met meerdere lichamen. Te Gent heeft de groep van Kris Heyde bijzondere aandacht geschonken aan vragen rond de kernstructuur, waarbij het accent werd gelegd op kernsymmetrieën; meer recent is belangstelling gerezen voor de eigenschappen van meer algemene systemen met meerdere lichamen en voor de studie van elektromagnetische interacties. Tenslotte worden belangrijke ontwikkelingen in de kernfysica en de deeltjesfysica gerealiseerd door theoretici aan de VUB, bij Jean Reignier, te Mons, bij René Ceuleneer, en te Antwerpen, bij Frans Arickx en Piet Van Leuven.
Met de evolutie van het onderzoek is het werken in de theoretische fysica steeds minder een individueel gebeuren. Het is belangrijk te onderstrepen dat de meeste Belgische groepen actief betrokken zijn bij internationale samenwerkingen, en in veel gevallen nauwe relaties onderhouden met experimentele groepen, zowel nationale als internationale.
| |
▪ Besluit
In dit overzicht is getracht de evolutie van de kernfysica in België tijdens de laatste vijftig jaar in verband te brengen met die van de deeltjesfysica. Deze twee wetenschappen hebben conceptuele basissen die nauw bij elkaar liggen, en ze delen een aantal van hun experimentele methodes. Toch hebben ze erg verschillende ontwikkelingen gekend, en zijn ze uit elkaar gegroeid, zowel op het vlak van de onderzoeksvelden als op dat van de organisatie en de instellingen.
De deeltjesfysica heeft een uiterst snelle ontwikkeling gekend. Na een wereld te hebben ontdekt van subnucleaire deeltjes, heeft ze die verklaard door het bestaan van meer ‘elementaire’ bestanddelen van de materie, de quarks. Ze heeft tevens de deeltjes ontdekt die verantwoordelijk zijn voor de elektromagnetische (het foton), de zwakke (de W- en Z-bosonen) en de sterke (de gluonen) interacties, en ze is er in geslaagd deze drie fundamentele natuurkrachten te vatten in eenzelfde beschrijving, het ‘standaardmodel’. Deze verbeteringen zijn mogelijk geweest dankzij de constructie van steeds sterkere versnellers en steeds complexere detectoren, waarvoor jarenlange samenwerking nodig was tussen honderden fysici en ingenieurs.
We hebben gezien door welke factoren België een eervolle plaats heeft verworven in dit uiterst competitieve domein. Eerst en vooral heeft de vastberadenheid van vooruitziende verantwoordelijken zoals Willems, in lijn met de pro-Europese politiek van de Belgische regering, op een betekenisvolle wijze bijgedragen tot de creatie van CERN en tot de ontwikkeling van het ambitieuze programma waarmee CERN op wereldvlak een onbetwistbare leiderspositie heeft veroverd. De ontwikkeling van CERN is uiterst heilzaam geweest voor de Belgische groepen, net zoals voor die van de andere lidstaten.
Voorts wijzen we op de intelligente politiek van het IIKW en de universiteiten bij het begin van de ontwikkeling van de deeltjesfysica in België, gekenmerkt door voluntarisme, openheid en realisme: de strategische keuze om enerzijds laboratoria te laten deelnemen aan experimenten bij de beste buitenlandse versnellers en anderzijds stagnatie te vermijden bij onoverkomelijke technische taken (constructie van een versneller in België); een vastberaden politiek om jonge onderzoekers naar het buitenland te sturen en hen, bij hun terugkeer, te werk te stellen in de laboratoria (ook al blijven sommigen in het buitenland...); steun aan internationale samenwerking met de beste teams (met name dankzij contacten aangeknoopt tijdens de stages); steun aan interuniversitaire samenwerking, maar zonder de eis tot samensmelting van de teams in een gecentraliseerd laboratorium.
In de loop van hun verdere ontwikkeling hebben de Belgische laboratoria hun succes vooral te danken aan drie factoren: hun aanpassingsvermogen wat hen toeliet in de kopgroep te blijven (nucleaire
| |
| |
emulsie, bellenvaten, ‘universele’ elektronische detectoren); een succesvolle samenwerkingspolitiek, reeds aanwezig van bij de aanvang in de nucleaire emulsie en in de bellenvaten, en bijzonder belangrijk in de laatste periode (LEP, HERA, LHC); het blijvend belang van banden tussen de onderzoekslaboratoria en het universitair onderwijs, rekruteringsbron en dynamische factor.
Bij de kernfysica is de ontwikkeling op een meer versnipperde basis gebeurd dan voor de deeltjesfysica. Men zou de afwezigheid van een groot nationaal laboratorium kunnen betreuren, maar de universitaire equipes hebben onderlinge samenwerking en completeringen opgezet, nl. tussen experimentele en theoretische groepen; zij hebben zich ook geïntegreerd in internationale samenwerkingsverbanden. Tot slot dient te worden gewezen op de efficiënte manier waarop de departementen kernfysica vormen van samenwerking hebben gevonden met andere departementen in de fysica (materialen, oppervlakken, enz.), de scheikunde, de biologie, de geneeskunde, of het nu gaat om het gebruik voor toegepast of medisch onderzoek van een deel van het materiaal van het nucleair onderzoek, of om het gebruik voor nucleair onderzoek van bestaande uitrustingen voor andere toepassingen.
Hoewel de balans positief is, mogen we de onvolkomenheden niet verbergen. In verhouding tot andere landen van vergelijkbare grootte (Nederland, Zwitserland) valt het experimenteel onderzoek in België relatief mager uit. Ondanks de gedane inspanningen is de beschikbare uitrusting niet echt aangepast aan de noden, en is vooral de rekrutering van jonge onderzoekers ontoereikend, wat zich vertaalt in een vergrijzing van de kaders. Het is absoluut noodzakelijk dat ons fundamenteel onderzoek blijft genieten van toereikende ondersteuning, die liefst nog toeneemt. In het domein van de kernfysica, en van de deeltjesfysica in het bijzonder, verrijkt ze de algemene wetenschappelijke en technische ontwikkeling, met name door de talrijke technologische nevenproducten (ultrasnelle elektronica, supergeleiding, supervacuüm, stralingsbestendige materialen, computernetwerken, telecommunicatie, enz.). Maar bovendien vormt ze de basis van een hoogwaardig onderwijs en blijft ze de motor achter de rekrutering van de beste studenten in het wetenschappelijk onderzoek.
|
|
Auteursrechtelijk beschermd