Deeltjesversnellers:
reusachtige microscopen

Om een mier goed te kunnen bekijken, heb je een loep nodig. Kijken naar de minuscule gaatjes waarmee het diertje ademt, aan de zijkant van z'n achterlijf, lukt alleen met een microscoop.

Nog een stap verder kijken, bijvoorbeeld naar de kern van de cellen van zijn maagdarmkanaal, is alleen mogelijk met een elektronenmicroscoop, een ingewikkeld apparaat dat elektronen dwars door een dun plakje mier heen schiet.

Met een elektronenmicroscoop kan de vergroting oplopen tot 1 miljoen keer. Maar dat is nog niet voldoende om naar een enkel molecuul of een atoom te kijken, laat staan om wat te zeggen over de opbouw van een atoomkern. De kern van een atoom is maar 10-14meter groot, 1 duizendmiljardste centimeter.

Om daar toch wat over te weten te komen, hebben natuurkundigen enorme apparaten gebouwd, zogenaamde deeltjesversnellers, zoals bij het CERN in Genève. Een deeltjesversneller werkt volgens hetzelfde principe als een televisie: een hete draad zoals in een gloeilamp stuurt negatief geladen elektronen naar een positief geladen elektrode. Magneten sturen de bundel in allerlei richtingen zodat een beeld op het scherm ontstaat.

Het principe van de ringvormige deeltjesversnellers zoals die van CERN is dat kleine deeltjes, bijvoorbeeld elektronen, in een lange ringvormige buis een enorme snelheid bereiken en daarna met elkaar in botsing komen. Als de snelheid hoog genoeg is, spatten de deeltjes tijdens zo'n botsing uit elkaar. Aan de hand van de brokstukken berekenen de wetenschappers hoe het oorspronkelijke deeltje eruitgezien heeft.

Het is een hele kunst om de brokstukken van zo'n botsing te bestuderen. Een truc daarbij is dat de fysici de botsing precies laten plaatshebben in het midden van een zogenaamde detector. In de detector heerst een sterk magnetisch veld. Zijn de brokstukken geladen, dan zullen ze door het magnetisch veld een kromme baan maken, waarbij de richting van kromming verraadt of de lading positief of negatief is. De detector bevat verder allerlei apparatuur waarmee het mogelijk is te kijken hoe zwaar de brokstukken zijn – beter geformuleerd: wat hun massa is.

De grote deeltjesversnellers en de vele experimenten die daarin plaatshebben, zijn nodig om theorieën zoals die van de Nobelprijswinnaars 't Hooft en Veltman te toetsen. Ze verrichtten een deel van hun theoretische werk in Genève.