Vici-beurs voor quarkgluonjager Marco van Leeuwen

26-02-2019

Experimenteel natuurkundige Marco van Leeuwen van Nikhef krijgt van wetenschapsorganisatie NWO een Vici-beurs van 1,5 miljoen euro voor zijn werk aan plasma’s van quarks en gluonen. Dat is dinsdag bekend gemaakt.

NWO kent dit jaar in totaal 32 Vici-beurzen toe, bedoeld voor het opzetten van een eigen onderzoeksgroep door een ervaren wetenschapper. Van Leeuwen, die op CERN in Genève werkt aan het grote ALICE-experiment, kan van het geld de komende vijf jaar drie promovendi en twee post-docs aan het werk zetten. ‘Met een team kun je binnen zo’n groot experiment echt impact maken, in plaats van alleen volgen’, zegt hij opgewekt over de toekenning.

Bij ALICE worden botsingen bestudeerd van zware loodkernen, die van tijd tot tijd worden opgejaagd door de LHC-versneller in Genève. Daarbij ontstaat een materietoestand die vermoedelijk kort na de oerknal het heelal vulde, het zogeheten quark-gluonplasma. ‘In feite doen we de oerknal in het klein over in het lab, vooral om meer te begrijpen van de interacties tussen quarks’, zegt Van Leeuwen.

Loodkernen bestaan normaal uit protonen en neutronen, kerndeeltjes die zelf uit drietallen sterkgebonden quarks zijn gebouwd. Die drietallen quarks worden via het uitwisselen van gluonen bij elkaar gehouden. Bij de loodlood-botsingen worden temperatuur en druk zo hoog dat de quarks en gluonen van de kerndeeltjes een vloeibaar plasma vormen.

Van Leeuwen is gespecialiseerd in metingen van deeltjes met hoge energie die uit zo’n ziedend oerplasma ontsnappen. Die vertellen veel over de eigenschappen van het plasma dat ze passeren, maar zijn relatief zeldzaam. Om ze te vinden zijn veel data nodig.

Zijn aanpak, zegt van Leeuwen, is losjes vergelijkbaar met de klassieke experimenten van Rutherford, die het bestaan van de massieve atoomkern aantoonden door elektronen op goudfolie te schieten. ‘Je kunt zeggen dat wij op zoek zijn naar eventuele klontjes in het quark-gluonplasma door te kijken of er iets wegkaatst.’

Op zich beschrijft het Standaard Model van de deeltjesfysica heel precies hoe quarks via de sterke kernkracht haast onwrikbaar aan elkaar worden gebonden. Over hoe dat uitpakt in een heel plasma van quarks en gluonen is echter geen sluitende theorie. ‘Wat je dan doet is samen met theoretici modellen maken en die testen via het experiment.’ Zijn post-docs zullen zich met het verbinden van theorie en experiment gaan bezighouden.

Veel van zijn werk bij ALICE is dat soort analyses, het doorploegen van meetgegevens op de gezochte effecten en het testen van ideeën. Doorgaans achter een bureau. ‘Ik kom wel met een helm op bij de detector, maar dat is meestal om mensen rond te leiden’, zegt Van Leeuwen.

ALICE, deels door Nikhef gebouwd, registreerde afgelopen december in een paar weken tijd tienmaal meer botsingen dan in alle jaren daarvoor. De loodbundels vormden het slotstuk voor de LHC-versneller, die nu twee jaar zal worden onderhouden en aangepast voor de toekomst. Terwijl de versneller stilligt wordt de ALICE-detector verder gemoderniseerd om vanaf het jaar 2021 nog meer gegevens van loodbotsingen te kunnen verwerken.

Zulke meetgegevens vormen het materiaal waaraan Van Leeuwen en zijn team hun analyses gaan doen. ‘Om kleine effecten te kunnen bekijken heb je heel veel data nodig en die beginnen nu echt te komen’, zegt Van Leeuwen. Een van de promovendi in zijn toekomstige team zal zich gaan bezighouden met het gebruik van kunstmatige intelligentie bij de data-analyses van de enorme hoeveelheden meetgegevens. ‘Machine learning kan misschien dingen oppikken die je zelf niet gauw zou zien’, verwacht Van Leeuwen.

Van Leeuwen (Amsterdam 1975) werkt al ongeveer zijn hele wetenschappelijke loopbaan aan experimenten in de zogeheten zware-ionenfysica, op CERN en eerder ook in de VS en een tijdlang aan de Universiteit Utrecht. Vooral een boeiend vakgebied omdat het minder afgebakend is dan bijvoorbeeld de deeltjesfysica zoals andere experimenten die de LHC-versneller gebruiken, vindt hij. ‘Het is geen kwestie van zoeken naar nieuwe deeltjes of het precies meten van hun eigenschappen, maar proberen te begrijpen hoe de sterke kernkracht überhaupt de materie vormgeeft. Zoiets is een geweldige uitdaging om aan te werken.’