Deze Amsterdamse wetenschapper speurt naar de kleinste deeltjes in een onbekende dimensie: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’

“Dit is toch een van de bijzonderste plekken ter wereld,” zegt Dylan van Arneman als we in Zwitserse Genève vanuit de Route A. Einstein de verbindingsweg oversteken en koers zetten richting de Cern Science Gateway. Dit onlangs geopende museum, dat veel weg heeft van Nemo, legt op hypermoderne wijze de geschiedenis vast van het Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Cern), vrij vertaald de Europese organisatie die fundamenteel onderzoek doet naar elementaire deeltjes.

Cern, dat in september 70 jaar bestaat, heeft 32 lidstaten. Meer dan 17.000 wetenschappers uit 110 verschillende landen doen er onderzoek in de grootste deeltjesversneller ter wereld. Hier vindt het meest fundamentele natuurkundige onderzoek ter wereld plaats en werd in 2012 het higgsdeeltje ontdekt, vernoemd naar Nobelprijswinnaar Peter Higgs, die onlangs overleed. Ook is Cern de plek waar het World Wide Web is ontstaan.

Hoe komt het dat u zich op deze tak van wetenschap hebt gestort?

Dylan van Arneman: “Pure nieuwsgierigheid. Mijn ouders waren allebei middelbareschooldocenten en bij ons thuis was vragen stellen heel normaal. Mijn familie komt van Bonaire en op mijn vijfde zijn we naar het eiland verhuisd. Ik heb daar de middelbare school gedaan en een maand na mijn eindexamen ben ik naar Amsterdam terug verhuisd. Eigenlijk om een simpele reden: ik wilde het universum beter begrijpen. Van nature wilde ik er al achter komen hoe alles in elkaar zit. Daarnaast was wiskunde op de middelbare school een van mijn favoriete vakken en toen kwam ik erachter dat je wiskunde kunt gebruiken om de werkelijkheid te beschrijven.”

Op 4 juli 2012 werd bekend dat er bewijs was gevonden dat het higgsdeeltje bestaat. Was dat met terugwerkende kracht ook een belangrijk moment voor u?

“Ik zat in de vierde van het vwo en had een docent die ons meenam in die zoektocht. Hele generaties wetenschappers hebben zestig jaar naar het higgsdeeltje gezocht en opeens was het zeker. Het bestaat! Die docent liet filmpjes zien en kon daar verschrikkelijk enthousiast over vertellen. Dat sloeg over en toen wist ik dat ik iets in de deeltjesfysica wilde gaan doen. Van Cern, de plek waar we nu zijn, had ik eerlijk gezegd nog nooit gehoord. Sterker: ik was bijna nog nooit in Europa geweest.”

Had u een idee wat hier allemaal voor onderzoek werd gedaan?

“Absoluut niet, maar ik kwam erachter dat hier het echte natuurkundige onderzoek plaatsvindt. Met magneten, elektrische velden en versnellers waarin deeltjes worden rond geduwd en met elkaar botsen. Nu tien jaar later loop ik hier zelf rond en werk ik met mensen die van alles ontdekt hebben.”

Een verhuizing van Bonaire naar Amsterdam voor een achttienjarige lijkt me nog best een ding.

“Ik had een duidelijk doel en dat was meer kennis vergaren over natuurkunde. Dat kon in Nederland. Het was de tijd dat ik heel veel aan het nadenken was over sterren, sterrenstelsels en het universum als geheel. Mijn focus was gericht op het allergrootste. Ik schreef me in voor de bachelor natuur- en sterrenkunde en kwam er niet alleen achter dat natuurkunde op zichzelf al heel cool was, maar ook dat ik kijken naar het allergrootste kon combineren met kijken naar het allerkleinste. De kosmologie, zeg maar de leer van het universum.”

De keuze voor sterrenkunde en ook om hiernaartoe te gaan is een juiste geweest.

“Ik vond en vind het fantastisch. Hier onder de grond ligt Atlas, een van de grootste detectoren ter wereld waarmee we de allerkleinste deeltjes zoeken. Die machine bestaat uit heel veel verschillende componenten, is groter dan een huis met acht verdiepingen, is zwaarder dan de Eiffeltoren en zit barstensvol elektronica. Een gigantisch grote machine die gebruikt wordt om naar de allerkleinste dingen in het universum te kijken.”

Hoe gebeurt dat precies?

“Wij knallen protonen met gigantische grote snelheden tegen elkaar met als doel ze stuk te maken. Daarbij splitsen ze op en kijken we wat er allemaal in zit. Vervolgens kunnen we de bewegingsenergie van de protonen omzetten in energie van massa van een ander deeltje. Dit soort deeltjes is heel moeilijk om uiteindelijk te meten. Daar heb je dus gigantisch veel energie voor nodig. De deeltjes leven niet heel lang en kunnen snel vervallen naar bekende deeltjes. Daarom heb je een machine nodig die heel snel precies kan meten om te zien wat er nou gebeurd is.”

Waar bent u zelf naar op zoek?

“Deeltjes met extra dimensies. Die dimensies zijn de richtingen waarin ze kunnen bewegen. Dus naar voren, naar achteren, links, rechts, boven, onder. Daarnaast is tijd ook een dimensie. Er bestaat een idee dat er misschien meer dimensies zijn en dus meer richtingen waarin ze zouden kunnen bewegen. Als deze dimensies zouden bestaan, zou dat ook kunnen betekenen dat er nieuwe deeltjes aan gerelateerd zijn. De specifieke extra dimensie waar ik op zoek naar ben, wordt een compact dimension genoemd. Dat is een dimensie die in principe op zichzelf gesloten is en die het meeste weg heeft van een soort cirkel.”

Waarom doet u dit onderzoek?

“Ik vind het vooral heel leuk om te doen. Zeker op deze plek. Met meer dan honderd verschillende nationaliteiten. Onderzoekers uit Pakistan, India, Palestina en Israël werken hier samen. Hier kun je je focussen en maakt het niet uit waar je vandaan komt; het gaat om de drive.”

U doet diep fundamenteel onderzoek, maar in hoeverre is een toepassing voor u belangrijk?

“Dat is voor mijn onderzoek moeilijk, want ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat, laat staan dat daar toepassingen voor zijn. Een product zal er niet snel van komen, maar de technieken die wij gebruiken, zijn wel belangrijk voor de wereld.”

“We hebben technieken om dingen te detecteren en te versnellen. En dezelfde technieken kan je in ziekenhuizen gebruiken voor PET-scans, voor bestralingen of voor x-rays. Ik voel het als een maatschappelijke plicht om te kijken of we er iets nuttigs mee kunnen doen.”