KERNFYSICA

Het zoeken heeft meer dan tien jaar geduurd en miljoenen guldens gekost, maar het antwoord is nu definitief. Wat ooit een grote ontdekking leek, blijkt niet meer dan een hersenschim te zijn geweest. Het vakblad Science reconstrueerde onlangs (10/1) hoe de zekerheid van een Nobelprijs als sneeuw voor de zon kan verdwijnen.

De 'ontdekker', de Amerikaan Jack Greenberg, legt zich er nog niet bij neer. Wat door zijn vakgenoten natuurlijk wordt begrepen. “Het is altijd moeilijk om te erkennen dat je op het verkeerde paard hebt gewed”, zegt de Nederlander Rolf Siemssen, die nauw bij het drama betrokken was.

Het draait allemaal om een piekje in een grafiek. Een piekje dat zozeer boven de achtergrondruis uitsteekt, dat het, begin jaren tachtig, voor 99,99 procent zeker is dat het om een reëel verschijnsel gaat.

Onderzoekers van het kernfysisch instituut in het Duitse Darmstadt treffen het piekje in die tijd aan in het analysemateriaal van hun proeven met botsingen tussen elementaire deeltjes in een versneller. De fysici, onder leiding van Greenberg hebben zware atoomkernen op elkaar geschoten. De theorie voorspelt dat de kernen na een botsing even aan elkaar kunnen blijven plakken. In de korte levensduur van zo'n quasi-superatoom, zoals de fysici het noemen, zouden vreemde en wonderlijke dingen kunnen gebeuren.

Het superatoom zou bijvoorbeeld in staat zijn om letterlijk uit het niets een positron - het antideeltje van het elektron - te creëren en dat uit te zenden. Het piekje dat de onderzoekers in Darmstadt vinden, wordt direct met zo'n gebeurtenis in verband gebracht.

Greenberg heeft nog een wildere verklaring. Wellicht, redeneert hij, ontstaat er tijdens de 'kus' van de zware atomen een nog onbekend neutraal deeltje dat vervolgens in een elektron en een positron uiteenvalt.

Het geluk, of het ongeluk, wil dat in die tijd aan andere wetenschappelijke fronten juist gespeculeerd wordt over een mogelijke kandidaat: het axion is medio jaren tachtig zeer populair in de fysica; het zou de missende schakel kunnen zijn in de sterrenkunde, die een hoop massa in het heelal mist, alsook in de kernfysica, waar ze nog een deeltje zoeken dat de 'drager' is van de sterke atoomkracht: de kracht tussen protonen en neutronen.

Als ons neutrale deeltje nou eens dat axion zou zijn, droomt Greenberg en hij ziet zich al tegenover de Zweedse koning staan. Er is een experiment dat zijn hypothese kan toetsen: niet alleen het positron maar ook het elektron zou in het analysemateriaal te 'zien' moeten zijn. En inderdaad, in een nieuwe reeks metingen verschijnt het elektron-piekje.

Maar bij een volgend experiment is het piekje verschoven en bij meting nummer drie is het zelfs helemaal verdwenen. Greenberg wordt er tureluurs van: ook het positron-piekje verdwijnt regelmatig en zonder verklaarbare oorzaak uit ijn grafieken.

In de tussentijd heeft een tweede groep in Darmstadt ook positron- en elektron-piekjes gezien. En ook voor hun piekjes geldt: als ze zich vertonen, zijn ze volgens de statistiek 99,99 procent 'echt', maar ze zijn net zo wispelturig als de piekjes van Greenberg.

De fysica is verdeeld. Sommigen vinden de metingen betrouwbaar en blijven zoeken naar verklaringen, anderen geloven dat de Darmstadters spoken najagen en spreken van pathologische wetenschap.

“Wij begonnen ons ook af te vragen of de effecten reëel waren of niet”, zegt Rolf Siemssen, emeritus hoogleraar van het kernfysisch versneller instituut in Groningen en destijds lid van de wetenschappelijke adviesraad van het zusterinstituut in Darmstadt. “Het probleem was dat de resultaten bijzonder moeilijk te reproduceren waren. Dat verschafte de onderzoekers gemakkelijke excuses om zich achter te verschuilen.”

Het wordt tijd voor controle-experimenten. Het eerste wat de onderzoekers proberen, is het omgekeerde proces: ze schieten positronen en elektronen op elkaar en kijken of er zoiets als axionen ontstaan. Resultaat: nul, behalve dan dat de fysici onderling botsen. De een na de ander haakt af en uiteindelijk weet de halsstarrige Greenberg nog maar een paar getrouwen om zich heen.

Eind jaren tachtig begint de laatste ronde. Darmstadt heeft een nieuwe, grote versneller voor de botsingsproeven gebouwd en ook in het Franse Argonne staat zwaar geschut opgesteld voor het definitieve antwoord.

De Fransen zijn het eerst. In oktober 1995 melden ze in het vaktijdschrift Physical Review Letters dat ze de oorspronkelijke meetresultaten van Darmstadt niet hebben kunnen reproduceren. Ruim een jaar later, in december 1996, volgt de groep van Greenberg - Greenberg is er dan al niet meer bij - in Physics Letters B met hetzelfde verhaal: niets. Ook de tweede groep uit Darmstadt heeft het piekje niet meer gevonden.

Achteraf is het duidelijk dat de onderzoekers met hun statistiek in de fout zijn gegaan. “Het signaal was zwak”, legt Siemssen uit. “De onderzoekers moesten hun resultaten prepareren om iets zichtbaar te maken.”

Het is het probleem van alle nieuwe vondsten. De ontdekker moet iets waarnemen dat tot dan toe in de ruis verscholen was. Hij moet het verschijnsel dus 'uit de ruis tillen'. Daartoe heeft hij allerlei trucs, soms gebaseerd op fysische wetten, soms op intuïtie. Siemssen: “Greenberg is in dat laatste iets te ver gegaan. Als je maar handig manipuleert met je dataset, kun je elk verschijnsel tevoorschijn toveren.”

Greenberg is nu zo ongeveer de enige fysicus die nog gelooft in zijn ontdekking. De rest van de fysici laat het hier bij. “Je kunt niet bewijzen dat iets er niet is”, zegt Russel Betts van het Franse team in Science. “Op een gegeven moment hangt het van iemands wetenschappelijke oordeel af of het niet langer de moeite waard is om er nog energie in te steken. Voor ons is het nu genoeg geweest.”