Natuurkundeleraar Ben Groenen van het Zwijsen College bezoekt CERN

Door Ben Groenen, docent natuurkunde aan het Zwijsen College Veghel

Van 20 t/m 24 september 2017 heb ik, met een groep van zo'n twintig natuurkundeleraren uit Nederland en België, een bezoek gebracht aan het onderzoeksinstituut CERN in Genève. Deze onderzoeksreis wordt georganiseerd door CERN in samenwerking met Nikhef, het Nederlands instituut voor subatomaire fysica, dat onlangs nog in het nieuws was door de bijdrage aan de ontdekking van de zwaartekrachtsgolven.  

Het is een lange route om vanaf fundamenteel onderzoek, via hoger onderwijs, naar leraren voor de klas, uiteindelijk scientific awareness bij jonge mensen te creëren, die over een paar jaar wellicht ons land besturen. CERN biedt met deze onderzoeksreis een rechtstreekse kijk in de keuken van het walhalla van fundamenteel natuurkundig onderzoek op het scherpst van de snede – de ultieme excursie voor een natuurkundeleraar; to bring modern science into the classroom!

Rondlopend op de CERN-campus bespeur ik enige overeenkomst met de vervallen gebouwen van het oude jaren-’50 TU/e-terrein waar ik ooit mijn studie biomedische technologie afrondde. Niet zo gek, gezien de Eindhovense universiteit in hetzelfde decennium werd opgericht als het Europese onderzoeksinstituut in Genève. We bezoeken de eerste deeltjesversneller die hier in 1957 in gebruik werd genomen en in 1990 na 33 jaar bijdrage te hebben geleverd aan een grensverleggend nieuw onderzoeksgebied, met pensioen is gegaan. Mooi detail is dat essentiële onderdelen van deze geavanceerde machine in Eindhoven werden gefabriceerd door Philips.

Nederlandse ingenieurs en hoogleraren werkzaam op CERN geven ons in uitmuntende workshops en lezingen een verbluffende kijk op hoe multidisciplinair en wijdverbreid het natuurkundig onderzoek en de ontwikkelingen van de technologieën rondom de deeltjesfysica experimenten zijn – bizar om te beseffen wat voor kennis hiermee gemoeid is; een ware traktatie!

In 2012 is het bestaan van het Higgs-deeltje aangetoond door CERN. In de lezing “Everything about the Higgs” krijgen we precies dat wat de titel ons belooft. Het wordt nog maar eens duidelijk gemaakt: de 27 km lange cirkelvormige deeltjesversneller die 100 meter onder de grond ligt is de koudste plek in het universum, heeft een beter vacuüm dan op de maan en bij een botsingexperiment wordt het er heter dan in het binnenste van onze zon!

Een laboratorium waar we een kijkje nemen is het Cryolab waar met vloeibaar stikstof (-196 °C) en vloeibaar helium (-269 °C!) wordt gewerkt. We krijgen een prachtige demonstratie van wat je zoal met vloeibaar stikstof kunt doen. Ook het bekende Meissner-effect wordt gedemonstreerd: een zwevende magneet boven een gekoelde supergeleider. De supergeleidende elektromagneten van de deeltjesversneller te CERN worden gekoeld met zo’n 120 ton (!) van het zeer kostbare vloeibaar helium. De aanschaf van zo’n enorme hoeveelheid, beïnvloedt zelfs de prijs op de wereldmarkt.

De ingenieurs in Genève drukken ons op het hart dat we in onze eeuw van de halfgeleiders het onderwerp best uitgebreid mogen behandelen in het middelbare school curriculum. Op CERN zijn sensoren ontwikkeld die bestand zijn tegen de enorme hoeveelheden straling die in de deeltjesversneller vrijkomen. Zelfs de NASA is jaloers op de kennis en expertise die bij CERN aanwezig is voor de ontwikkeling van deze relatief eenvoudige en goedkope sensoren.

We analyseren zelf data uit de deeltjesversneller. Een nauwkeurig werkje dat nu door computers wordt uitgevoerd. De datastroom van een botsingexperiment is enorm: enkele gigabytes per seconde. Uit deze data kennen we de bekende deeltjes uit het standaardmodel toe: elektronen, positronen, fotonen, muonen, pionen, protonen en neutronen.

Gedurende deze reis heb ik veel contacten opgedaan en ervaringen uitgewisseld met erg toffe collega’s verspreid over Nederland en België. Graag wil ik mijn ervaringen delen met leerlingen, collega’s en andere belangstellenden. Voor contact: bgroenen@zwijsencollege.nl of bencern.wordpress.com.