De bouwstenen van de schepping

Een zoektocht naar het allerkleinste

[p. 5]

Aan de nagedachtenis van mijn vader
Aan mijn moeder
Aan Betteke, Saskia en Ellen

[p. 9]

Woord vooraf

Wie zich waagt in de wereld van de allerkleinste schepseltjes, of er zelfs maar over wil praten, kan dat niet zonder een goed begrip van de natuurwetten die die wereld beheersen. De krachten die er heersen bepalen alle bewegingen en ook alle andere eigenschappen van de dingetjes die we willen bestuderen. Van deze krachten hangt af of, en hoe, we ze kunnen waarnemen.

Dat praten valt dan niet mee, want de natuurwetten zijn ingewikkeld. Meer en meer nemen de deskundigen op dit gebied hun toevlucht tot een wiskundig gebrabbel dat geen mens meer kan begrijpen als hij er geen langdurige studie van heeft gemaakt. Om de bikkelharde logische strengheid van onze natuurwetten goed te kunnen waarderen, kun je eigenlijk niet buiten de wiskunde. Toch voelen wij natuurkundigen een behoefte om al het moois dat we ontdekt hebben aan iedereen die maar luisteren wil te vertellen. Dan moet je niet met die wiskunde aankomen, en dat doe ik dan ook maar niet in dit boek.

Met dit boek heb ik mij ten doel gesteld u te verhalen over ruim dertig jaar onderzoek naar de allerkleinste deeltjes van de materie. In die dertig jaar ben ik de Natuur gaan zien als een grote legpuzzel, een intelligentietest die de mensheid als geheel werd voorgelegd. Steeds weer vinden we kleine of grotere puzzelstukjes die op een schitterende manier op hun plaats vallen. Het gevoel van triomf dat zich dan van ons meester maakt, wil ik met u delen.

Dus komt het op de kunst van vertalen aan; vertalen in gewoon Nederlands. Dat kan wel, maar er zal het een en ander verloren gaan, vooral wanneer ik ‘argumenten’ probeer te formuleren die gebruikt worden om een bepaalde theorie of beschrijving te rechtvaardigen en andere te weerleggen. Als u iets niet begrijpt mag u dat mij natuurlijk verwijten, maar ik zal de moeilijkheid van het vertalen van wiskundige formules in het

[p. 10]

Nederlands als verzachtende omstandigheid aanvoeren.

In vele gevallen zal ik niet eens proberen een precieze uitleg van iets te geven. Vele mededelingen zal een lezer die niet uitvoerig vertrouwd is met de theoretische natuurkunde ‘op gezag’ moeten aannemen. Waar het me dan om gaat is dat u de inhoud van de mededeling een beetje begrijpt of aanvoelt, zonder al te diep op de details in te gaan van de (meestal uitvoerige) geschiedenis van hoe we aan die wijsheid zijn gekomen.

De eerste hoofdstukken vormen een samenvatting van onze kennis van de wereld der moleculen, atomen en atoomkernen. Over de uiterst boeiende speurtocht die tot deze kennis heeft geleid, zal ik slechts hier en daar iets zeggen. In die tijd had de schrijver dezes nog niet eens een luier aan en hij laat daarom het verslag daarvan liever aan historici over.¹ Waar dit boek over gaat, is de speurtocht die daarna kwam.

In dertig jaar heeft deze onze kennis omtrent de ‘elementaire deeltjes’ zo enorm uitgebreid dat sommige onderzoekers reeds meenden dat het einde ervan in zicht kwam: de uiteindelijke theorie van alle deeltjes en krachten. Misschien duidt alleen al de gedachte aan zo'n allesoverkoepelende theorie op een grenzeloze zelfoverschatting, of een bagatellisering van de schepping waarin wij leven, maar ik zal er wel iets over zeggen; de gedachte is minder absurd dan zij lijkt.

Dit boek is dus niet bedoeld als historisch overzicht van het gehele vakgebied van de elementaire deeltjes. Zulke boeken bestaan er al² en zijn zeer de moeite waard. Ik heb evenmin de bedoeling gehad een systematische inleiding in de deeltjesfysi-

1 Zie bijvoorbeeld A. Pais, Inward Bound. Of Matter and Forces in the Physical World. Oxford, Clarendon Press/ New York, Oxford University Press, 1986.

2 Zie bijvoorbeeld Robert P. Crease and Charles C. Mann, The Second Creation. Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. New York, Macmillan, 1986.

[p. 11]

ca te schrijven,¹ al is het eindresultaat daar een beetje op gaan lijken. Dit wordt een persoonlijk relaas van een ontwikkelingsfase in dit vak. De bedoeling is u deelgenoot te maken van het enthousiasme van de vele onderzoekers, gebruikmakend van termen die voor iedereen hopelijk een beetje begrijpelijk zullen zijn.

Personen die ik bij naam en toenaam noem, zijn degenen die op een of andere manier een belangrijke rol gespeeld hebben bij de totstandkoming van het beeld van de kleine deeltjes zoals ik dat schetsen wil. Het zijn mensen die ik ieder voor hun aandeel bewonder, en zelfs in die kleine selectie zitten nog vele omissies. Voor de onnauwkeurigheden die ik misschien zal begaan bij het wel of niet noemen van namen bied ik bij voorbaat mijn excuses aan.

Een sprankje nationale trots zult u me wel willen vergeven. Er zijn heel wat Nederlandse onderzoekers die hun sporen verdiend hebben op dit terrein, en hun namen zal ik dan ook vermelden. Minder vergeeflijk is dat de rol die ik zelf gespeeld heb in dit onderzoek groter zal lijken dan deze in werkelijkheid is.

1 Zie bijvoorbeeld Van quantum tot quark. Inleiding tot de quantummechanica: golven en deeltjes. Stichting Teleac, 1989, of Anthony Hey and Patrick Walters, The Quantum Universe. Cambridge, Cambridge University Press, 1987, of Leon M. Lederman en David N. Schramm, Van quark tot kosmos. Onderzoek naar het gedrag van de materie. Maastricht/Brussel, Natuur & Techniek, 1991, of L.M. Brown and H. Rechenberg, The Origin of the Concept of Nuclear Forces. London, I.O. Publishing Ltd., 1996. U kunt ook teksten over de elementaire deeltjes in de vorm van een stripverhaal krijgen: Bouwstenen van het heelal. nikhef 1982, Uitgave nikhef voorlichting, Postbus 41882, 1009 db Amsterdam; Brian Southworth en Georges Boixader, Een Wereld van Deeltjes. Beeldverhaal over atomen, quarks en leptonen. cern, in het Nederlands vertaald door Rita van Peteghem, 2001.

[p. 12]

Dat kan ik niet helemaal vermijden; ik laat u immers als het ware door mijn eigen ogen meekijken naar de elementaire deeltjes. Wat dan dichtbij is, lijkt daarom heel groot.

De wereld van de elementaire deeltjes had ik nooit tot in zulke diepte kunnen doorgronden zonder de wijze lessen van mijn leermeesters. De eersten waren mijn leraar op de middelbare school, wijlen dr. W.P.J. Lignac, en mijn oom, prof. dr. N.G. van Kampen. Na de essentiële lessen van mijn promotor, prof. dr. M.J.G. Veltman heb ik geprofiteerd van talloze discussies met collega-onderzoekers uit de hele wereld. Zij allen deelden met mij hun ideeën over de aard van de fysische werkelijkheid, en daaruit vloeiden mijn eigen ideeën voort. Samen met hen koester ik de momenten waarin nieuwe, heldere inzichten totstandkwamen.

Familie, vrienden en mijn dierbare gezin hebben mij steeds voor de volle 100 procent gesteund, ook als ik in gedachten niet bij hen was maar verzonken in wiskundige formules. Ze namen me zoals ik was en gaven me de ruimte zodat ik de gelegenheid kreeg dit boek te schrijven.