Voormalig Nikhef-promovendus dr. Erik Hogenbirk krijgt dit jaar de Jan Kluyverprijs voor de beste samenvatting van een Nikhef-proefschrift. In maart promoveerde hij op meetmethodes om deeltjes donkere materie waar te nemen.
Dat is maandagavond bekend gemaakt. Erik Hogenbirk (Alkmaar, 1991) werkt sinds zijn promotie bij het bedrijf ASI op Amsterdam Science Park, een steenworp van Nikhef. Het bedrijf ontwikkelt gespecialiseerde camerasystemen voor alles van elektronen tot gammastraling. Met technieken die berusten op de mede door Nikhef ontwikkelde Medipix- en Timepix-technologie.
Het bevalt hem er goed, zegt Hogenbirk. ‘Niet binnen de wetenschap, maar wel heel dicht erbij, dat is echt wel iets voor mij. En daarnaast vind ik het heel interessant om te zien hoe een bedrijf eigenlijk werkt.’
Hogenbirk was al tijdens zijn masterstudie aan de UVA/VU verbonden aan de Dark Matter groep van Nikhef. Daarna werkte hij vanaf 2015 bij Patrick Decowski en Auke-Pieter Colijn aan het XENON1T-experiment op Gran Sasso in Italië.
In die tijd was dat het grootste en gevoeligste instrument om donkere materie te vinden, onbekende deeltjes die we niet zien maar die wel de meeste zwaartekracht in het heelal zouden verklaren. Volgens schattingen is 85 procent van alle materie in het heelal donker. ‘En we weten gewoon níet wat het is’, zegt Hogenbirk.
In XENON1T wordt een vat met een ton vloeibaar xenon met lichtdetectoren (PMT’s) scherp in de gaten gehouden. Het experiment berust op het idee dat donkere materie uit zogeheten WIMPs bestaat, zware deeltjes die nauwelijks interactie hebben met gewone materie.
Een donkere-materiedeeltje uit de kosmos kan in theorie een xenon-atoom raken en lichtsignaaltje uitzenden. Dat zou een paar keer per jaar kunnen gebeuren, blijkt uit berekeningen.
Hogenbirk: ‘Het is zaak om heel precies te weten wat je zoekt. De detector staat diep onder grond en is afgeschermd met een groot watervat, maar toch is er nog achtergrondstraling. Je verwacht hooguit een paar donkere-materiedeeltjes per jaar te zien, tegen vijf achtergrondsignalen per secónde. Die moet je uit elkaar zien te houden.’
Hogenbirk werkte intensief aan technieken om de achtergrondruis te scheiden van de echte gebeurtenissen door inslaande WIMPs. Deels gebeurde dat in Nikhef, Amsterdam, in de XAMS-opstelling met vloeibaar xenon. Daar, zegt hij, ging het uitsluitend om het karakteriseren van de meetapparatuur en TPC’s.
Op Gran Sasso in Italië draaide hij in zijn promotietijd geregeld shifts tijdens de echte metingen met XENON1T. ‘Dat vraagt wel wat verwachtingsmanagement. We weten niet wat we zullen meten. En het kan heel goed dat je niks ziet. Maar als je niet kijkt zul je niks zien, dat is het enige dat je zeker weet.’
Hogenbirks proefschrift omvat een aantal gepubliceerde artikelen over meettechnische onderwerpen. Zo karakteriseerde hij heel precies de neutronenbron waarmee de XENON-detector wordt geijkt, omdat WIMPs vergelijkbare signalen geven als neutronen. ‘Dat is niet zozeer jagen op donkere materie, maar draagt wel aan de speurtocht bij.’
Zijn proefschrift heeft de gangbare Engelse samenvatting, waarin vakgenoten snel zien wat de promovendus heeft gedaan en gevonden. Die summary begint soepel met de zin ‘We have never seen the most common material in the universe’ en is van begin tot eind kraakhelder. Dat is waarom de jury onder leiding van voormalig Nikhef-directeur Jos Engelen juist deze samenvatting bekroont met de Jan Kluyverprijs 2019.
Maar veel trotser is Hogenbirk eigenlijk op de Nederlandstalige populair wetenschappelijke samenvatting verder achterin het proefschrift. Die begint anders: ‘Waar is alles van gemaakt? Hoewel deze vraag zo simpel lijkt, is het beantwoorden ervan enorm moeilijk.’
Hogenbirk: ‘Zo’n lekenuitleg is een eis van de UvA maar ik heb het ook graag geschreven. Voor vrienden en familie die anders bij de promotie een uurlang woorden horen waar ze niks van begrijpen. Die paar pagina’s uitleg waren echt heel hard werken, met steeds weer nieuwe versies na opmerkingen van mijn vriendin, mijn schoonvader, een goeie vriend. Ik denk dat het ons uiteindelijk samen gelukt is.’
Uitleggen, vindt Hogenbirk, is een dure plicht van wetenschappers, hoe abstract hun onderwerpen misschien ook zijn. ‘Academische onderzoekers hebben een heel bevoorrechte, vrije positie in de samenleving. Dan is vertellen wat je doet wel het minste wat je kunt terugdoen. Maar bovendien hebben we ook gewoon mooie verhalen te vertellen. Het is zonde om dat niet te doen.’