Zoekterm

Zoekterm

Terugkijkend op de oerknal

Een paar uur voor dit interview tekende hij het huurcontract voor een twee-onder-een-kapwoning in Herzogenrath. “Het is het laatste station in Duitsland op de nieuwe treinverbinding tussen Aken en Maastricht,” zegt Stefan Hild. “Op die manier hoeven mijn kinderen op school geen derde taal te leren.” Hild werd geboren in Duitsland en is per 1 augustus benoemd als hoogleraar Gravitational Research aan de Universiteit Maastricht.

Einstein

Het gesprek met Hild vindt plaats op een letterlijk en figuurlijk zonnige februaridag. Het is de dag dat de UM zich officieel aansluit bij het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef). Hild is voor de gelegenheid overgekomen uit Schotland, waar hij aan de Universiteit van Glasgow de leerstoel gravitational wave research (onderzoek naar zwaartekrachtgolven) bekleedt. “Drie jaar geleden dacht ik nog dat ik de rest van mijn leven in Schotland zou blijven,” zegt hij.

“En toen was er de Brexit. Het is weer een van die toevalligheden die kenmerkend zijn voor mijn carrière. Om te beginnen had ik nooit gedacht dat er zich een mogelijkheid zou voordoen zoals deze in Maastricht. Ik ben zelfs bij toeval in dit onderzoeksveld beland. Als kind was ik vooral geïnteresseerd in de natuur en biologie; we hadden thuis een grote groentetuin. Toen ik opgroeide kwamen de eerste thuiscomputers op de markt en ontstond internet, maar ik was vooral gefascineerd door hernieuwbare energie. Omdat ik daar iets mee wilde, ging ik natuurkunde studeren, maar ik vond eigenlijk alle wetenschappen interessant. In een andere tijd had ik waarschijnlijk klimaat- of neurowetenschappen gestudeerd. Toen ik in Hannover studeerde, wees professor Karsten Danzmann me op een leuk bijbaantje: in samenwerking met onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk was de afdeling zwaartekrachtgolven bezig met de bouw van een detector in de buurt van Hannover, de GEO 600. Als student hielp ik mee met de bouw van de ‘cleanrooms’ en verfde de muren. In een later stadium kregen we ons eigen laboratorium en konden we ons meer richten op de aspecten van laser-interferometrie. Zo raakte ik verzeild in het onderzoek naar zwaartekrachtgolven.”

ET Pathfinder

Professor Stefan Hild zal in Maastricht meewerken aan de bouw van de ET Pathfinder, een testcentrum voor nieuwe ideeën voor zwaartekrachtgolfdetectors en een ‘prototype’ van de Einstein Telescoop. De Einstein Telescoop in wording is een driehoekige ondergrondse laserdetector, met zijden van tien kilometer. Onderzoekers kunnen er diep mee in het universum kijken, theoretisch zelfs tot aan de oerknal. “Hij moet minstens tien keer zo gevoelig zijn als de huidige generatie detectors,” legt Hild uit. “We moeten dus eerste de goede ‘low noise’-technologieën ontwikkelen. Daarbij moet je denken aan het glas dat in spiegels wordt gebruikt. Om naar zwaartekrachtgolven - die eigenlijk rimpelingen in ruimte en tijd zijn - te kunnen ‘luisteren’, moet het materiaal extreem koud gemaakt worden. Dat is niet mogelijk met glas, dus ontwikkelen we spiegels die gemaakt zijn van siliconen. Voor het succes van de nieuwe generatie detectors zijn vier aspecten essentieel: een lage temperatuur, het juiste materiaal, de juiste lasergolflengte en slimme kwantumtechnologieën waarmee we het onzekerheidsprincipe van Heisenberg in de luren kunnen leggen.”

Stefan Hild

In zijn beginjaren in Glasgow kon Hild nog steeds tijd vrijmaken om college te geven over zijn eerste liefde: hernieuwbare energie en slimme elektriciteitsnetwerken. “Elke moderne wetenschapper zou geïnteresseerd moeten zijn in onderwerpen buiten zijn eigen onderzoeksgebied. Dat levert altijd iets op. Om een voorbeeld te noemen: de technieken die we nodig hebben voor het ontwerpen van een zwaartekrachtgolvendetector, zijn gebruikt voor de ontwikkeling van slimme opladers voor laptops. Die kunnen bijdragen aan het stabieler maken van het elektriciteitsnet, zodat het meer geschikt wordt voor de productie van hernieuwbare energie.”

In 2015 werd een spectaculair fenomeen waargenomen: een zwaartekrachtgolf als gevolg van de fusie van twee zwarte gaten. “Dit was nog maar het begin, de geboorte van een nieuw soort astronomie en kosmologie. Sinds dat moment hebben we tien fusies van zwarte gaten en de botsing van twee neutronensterren waargenomen. Uit signalen die slechts enkele seconden duurden, hebben we een enorme hoeveelheid informatie verkregen, die onze kijk op de kosmos heeft veranderd. We hebben nu concreet bewijs voor het bestaan van veel zwarte gaten die we daarvoor niet kenden. We kunnen iets zeggen over de hardheid van neutronensterren en zelfs antwoorden geven op meer ‘aardse’ vragen, zoals waar zware metalen als goud en platina vandaan komen.”

“Dit hebben we allemaal kunnen uitzoeken met behulp van de geavanceerde LIGO- en VIRGO-detectors, die in de afgelopen decennia ontwikkeld zijn. Op een gegeven moment zal de ‘houdbaarheidsdatum’ van deze apparatuur zijn verstreken. In Maastricht gaan we werken aan een nieuwe generatie detectors, te beginnen met de ET Pathfinder en hopelijk ook de Einstein Telescoop. Met deze detectors kunnen we fusies van zwarte gaten in het hele universum zien. Je moet het je voorstellen als het lezen van een geschiedenisboek over de kosmos: we zullen in staat zijn om te zien wanneer de eerste sterren werden geboren, of zelfs helemaal teruggaan naar de oerknal.”

Blue-sky science

De gemeenschapszin onder de samenwerkende zwaartekrachtgolfonderzoekers is bijzonder, zegt Hild, die daar heel blij mee is. “Onze gemeenschap is echt uniek. Natuurlijk is er concurrentie tussen de verschillende onderzoeksgroepen – we willen allemaal het gevoeligste observatorium bouwen. Maar zodra er data binnen zijn, werken we allemaal samen om die te analyseren en om coïncidentiesignalen te vinden in observatoria in de hele wereld. Overigens gaat het niet alleen om de kleinere kring van zwaartekrachtgolfonderzoekers: toen we in 2017 de fusie van twee neutronensterren waarnamen, schreven we een wetenschappelijke publicatie waaraan niet alleen alle zwaartekrachtgolfonderzoekers meewerkten, maar ook ongeveer een derde van alle astronomen in de wereld. Meer dan vierduizend wetenschappers die samenwerken: dat is fantastisch!”

“Natuurlijk is dit ‘blue-sky science’ (het soort onderzoek waarvan het doel niet bij voorbaat vaststaat, red.), maar  de eerste microscoop werd ook niet gemaakt met het specifieke doel om medicijnen te ontwikkelen. Het begint met nieuwsgierigheid. Tegelijkertijd wil ik duidelijk stellen dat de grote financiële investeringen in dit soort onderzoek zichzelf terugbetalen. Denk maar aan de enorme economische impact voor bedrijven die betrokken zijn bij de uiteindelijke bouw van een detector als de Einstein Telescoop. En dan heb ik het nog niet eens over de vele toepassingsmogelijkheden van de technologieën die we voor dit soort apparatuur ontwikkelen. Mijn huidige onderzoeksgroep in Glasgow heeft sommige van onze technieken ‘uitgeleend’ aan het fotonica-onderzoek en de ontwikkeling van sensors voor mobiele telefoons. Ze zijn zelfs gebruikt om het afbrokkelen van steen in middeleeuwse Schotse kastelen beter te betgrijpen.”

Stefan Hild (1978) is hoogleraar Experimental Physics aan de Universiteit van Glasgow. Vanaf augustus is hij hoogleraar Fundamental Physics aan de UM. In die hoedanigheid leidt hij de UM-ambitie om de Einstein Telescoop te gaan ontwikkelen. Hild houdt zich al twintig jaar bezig met het onderzoek naar zwaartekrachtgolven en was lid van het internationale team dat in 2015 de zwaartekrachtgolven als gevolg van de fusie van twee zwarte gaten ontdekte.

Tekst: Mark van der Linde
Foto's: Philip Driessen 

Lees ook

Meer nieuws