Voorbij de oerknal: Maastrichtse onderzoekers delen mee in Breakthrough Prize
Diep onder Genève botsen deeltjes met bijna de lichtsnelheid op elkaar, in ’s werelds grootste natuurkunde-experiment: de Large Hadron Collider (LHC). Dit grensverleggende onderzoek leverde onlangs de Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2025 op. Onder de 17.500 wetenschappers die deze eer kregen, zitten ook onderzoekers van de Faculteit Science and Engineering van de Universiteit Maastricht. Zij werken mee aan twee grote experimenten die de diepste geheimen van het universum onderzoeken: ALICE en LHCb.
ALICE
Panos Christakoglou (Maastricht Science Programme) sprak op het Quark Matter congres in Frankfurt met zijn promovendus, toen collega’s hem ineens berichten stuurden over de Breakthrough Prize. “Dat voelde geweldig,” zegt hij. “Vooral omdat het erkenning betekent voor ons vakgebied.”
Panos werkt aan het ALICE-experiment van de LHC. “De Nederlandse ALICE-groep is vrij klein, maar we doen wetenschappelijk onderzoek van topniveau,” vertelt hij. “We hebben enkele vooraanstaande wetenschappers in het team, en dat geldt ook voor de Nederlandse LHCb-groep.”
“ALICE onderzoekt wat er gebeurt wanneer zware ionen, zoals loodionen, met enorme snelheid op elkaar botsen, bijna 300.000 kilometer per seconde. Op dat moment zien we de toestand die minder dan een seconde na de oerknal in het heelal heerste. Zo onderzoeken we hoe het universum begon en hoe het zich ontwikkelt.”
Supermagneet
Samen met promovendus Noor Koster richt Panos zich op één specifiek aspect van die botsingen: het magnetisch veld. “Het magnetisch veld dat ontstaat wanneer twee zware ionen botsen, is het sterkste dat we kennen in het hele universum.” Ter vergelijking: het is minstens 10¹⁹ keer sterker dan het aardmagnetisch veld, dat is een 1 met 19 nullen.
Van ALICE naar Einstein
Neutronensterren hebben ook extreem sterke magnetische velden. “Wanneer twee neutronensterren botsen en samensmelten, dan kan het magnetische veld de zwaartekrachtsgolven die ontstaan merkbaar beïnvloeden,” legt Panos uit. “Hoewel botsende neutronensterren van een heel ander kaliber zijn dan de microscopische botsing van ionen, gelden dezelfde natuurkundige principes. We werken aan een theoretisch kader dat, hopelijk, helpt om het effect van de magnetische velden terug te vinden in de signalen die de Einstein Telescope straks gaat meten.”
Panos’ werk raakt het werk van de zwaartekrachtsgolfonderzoekers van de groep Gravitational Waves and Fundamental Physics (GWFP) van de Faculteit Science and Engineering. De andere helft van deze groep onderzoekt fundamentele deeltjes en werkt mee aan het LHCb-experiment van de Large Hadron Collider.
LHCb
Elke keer dat deeltjes botsen, verandert een deel van hun energie in nieuwe deeltjes. Dat gebeurt helemaal volgens Einsteins beroemde formule E = mc². De theorie voorspelt dat er dan evenveel materie als antimaterie ontstaat. Bij de oerknal zou dat ook het geval zijn geweest. Maar kort daarna zouden materie en antimaterie elkaar volledig hebben vernietigd. Omdat jij dit nu leest, weten we dat dat niet gebeurd is. LHCb probeert te ontdekken waarom.
De LHCb-groep van de Universiteit Maastricht bestaat uit ongeveer twintig onderzoekers en studenten van GWFP en MSP. Samen met theoretisch natuurkundige Keri Vos legt experimenteel natuurkundige Jacco de Vries uit waar ze aan werken.
Op jacht naar het verschil
Om te begrijpen waarom er meer materie dan antimaterie is, hebben onderzoekers extreem precieze metingen nodig, van zowel de experimentele kant als de theoretische. “Ik probeer met theorie zo exact mogelijk te voorspellen wat een experiment zou moeten opleveren,” zegt Keri. Jacco vult aan: “Bij LHCb zoeken we naar kleine verschillen tussen die voorspellingen en wat we daadwerkelijk meten, in de hoop aanwijzingen te vinden voor het materie/antimaterie-mysterie.”
Een specialisatie van het Maastrichtse LHCb-team is het onderzoek naar extreem zeldzame gebeurtenissen in botsingen, gebeurtenissen die maar één keer per miljard botsingen voorkomen. Jacco legt uit: “Om die zeldzame gevallen te vinden, moeten we ontzettend nauwkeurig meten. Daarom gebruiken we LHCb hiervoor.” Keri voegt toe: “En om nog zeldzamere gebeurtenissen te kunnen vinden, moeten we nóg preciezer meten en snellere computers inzetten. Onze groep onderzoekt daarom de mogelijkheden van kwantumcomputers voor dit soort berekeningen.”
Maastrichts voordeel
Samenwerking op topniveau
“Een groot voordeel van Maastricht is dat we één van de weinige LHCb-groepen zijn waar theoretici en experimentele fysici echt samenwerken,” zegt Jacco. Letterlijk zelfs: hij en Keri delen een kantoor. Ook de nabijheid van het Department of Advanced Computing Sciences helpt enorm. “We delen een promovendus en bespreken regelmatig de computing uitdagingen die bij LHCb-onderzoek komen kijken,” vertelt hij.
De onderzoekers van ALICE en LHCb boeken gestaag vooruitgang. Binnen LHCb ontdekten ze al dat de natuur niet zo perfect symmetrisch is als de theorie voorspelt. Maar het gevonden verschil is nog altijd 10 miljard keer te klein om te verklaren waarom ons universum uit materie bestaat. Er is dus nog veel werk te doen. Daarom breidt de Universiteit Maastricht, als partner van het Nationaal instituut voor subatomaire fysica, Nikhef, haar onderzoek op dit gebied langzaam verder uit.
Text: Patrick Marx
Zoek je collega's
