Nobelprijs natuurkunde naar grondleggers eerste directe meting zwaartekrachtsgolven

De Nobelprijs voor de Natuurkunde gaat dit jaar naar de Amerikaanse fysici Rainer Weiss, Barry C. Barish en Kip S. Thorne. Zij speelden een doorslaggevende rol bij de ontwikkeling van de Amerikaanse zwaartekrachsgolfdetector LIGO die in 2015 de eerste directe meting van zwaartekrachtgolven verrichte.

De winnaars voor de Nobelprijs van de natuurkunde: Reiner Weiss, Barry C. Barish en Kip S. Thorne. Beeld: nobelprize.org

Met het winnen van de prijs treedt dit drietal in de voetsporen van illustere voorgangers zoals Hendrik Lorentz (1902), Marie Curie (1903), Albert Einstein (1921), Richard Feynman (1965), Nederlanders zoals Gerard ’t Hooft en Martinus Veltman (1999) en natuurlijk Peter Higgs en François Englert (2013).

Weiss, Barish en Thorne wonnen hun prijs voor hun doorslaggevende bijdrage aan de eerste meting van zwaartekrachtsgolven op 14 september 2015, minuscule rimpelingen in de ruimtetijd die honderd jaar eerder door Einstein werden voorspeld. Dat maakte het Nobelcomité van de Zweedse Academie van Wetenschappen dinsdagochtend bekend.

Weiss en Thorne werden beloond voor het ‘pionierswerk’ waarmee zij de basis legden voor LIGO, de detector die de zwaartekrachtsgolven uiteindelijk betrapte. Barish ontvangt de prijs, in de woorden van het Nobelcomité, als ‘wetenschapper en leider die het project tot voltooiing bracht en op die manier zorgde dat deze veertig jaar lange poging culmineerde in de meting van zwaartekrachtsgolven.’

Subtiel gegolf

LEESTIP In dit boek vertelt de bekende sterrenkundejournalist Govert Schilling alles over de eerste meting van zwaartekrachtsgolven en de mensen die dat mogelijk maakten. Alleen bij ons van €24,95 voor €19,95. Bestel nu in onze webshop

Omdat het gegolf van ruimte en tijd dat Einstein in zijn algemene relativiteitstheorie voorspelde zo subtiel is, verwachtte hij zelf dat zwaartekrachtsgolven nooit experimenteel gemeten konden worden. Toch bleken fysici uiteindelijk in staat hypergevoelige apparatuur te bouwen die deze golven kon betrappen. Ter vergelijking: het effect van zwaartekrachtsgolven op de ruimtetijd is zelfs nog kleiner dan het effect op het waterniveau in het IJsselmeer wanneer je daar een enkele druppel water in laat vallen.

De vondst van zwaartekrachtsgolven vormde na de bekendmaking in 2016 dan ook een ware mediahype. Wereldwijd openden journaals met het nieuws en vrijwel overal haalde het de voorpagina van de kranten. Inmiddels hebben fysici al vier van dit soort golven waargenomen, wat elk resterend beetje twijfel over de zekerheid van het bestaan van deze golven heeft weggenomen. De afgelopen weken gonsde het dan ook al van de geruchten dat het zwaartekrachtsgolfonderzoek dit jaar in de prijzen zou vallen. Dat bleek te kloppen. Het is vermoedelijk vanwege de grote wetenschappelijke waarde en de zekerheid van het resultaat, dat het Nobelcomité zo kort na de meting al is overgegaan tot het uitreiken van deze hoogste wetenschappelijke eer.

Duizenden mensen

‘Deze meting was een geweldige prestatie, een kroon op veertig jaar wetenschappelijk werk’, stelde het Nobelcomité tijdens de bekendmaking. ‘Ik zie deze prijs vooral als erkenning voor het werk van duizenden mensen die al die jaren bezig zijn met dit project’, voegde de kersverse winnaar Weiss daar tijdens de persconferentie aan toe.

Dat Weiss dat zei, was overigens niet uitsluitend een obligate geste voor de bühne. Dankzij de regels en tradities van het Nobelcomité is het niet gebruikelijk om de prijs toe te kennen aan grote groepen onderzoekers. Dat leidde er bijvoorbeeld toe dat Peter Higgs en François Englert hun Nobelprijs wonnen voor het beschrijven van het achterliggende wiskundige mechanisme van het higgsdeeltje, nadat onderzoekers in Cern het deeltje gevonden hadden. Tegelijk visten de duizenden experimentele natuurkundigen die dat resultaat daadwerkelijk behaalden achter het net. Op dezelfde manier zorgt de vondst van zwaartekrachtsgolven in dit geval voor een Nobelprijs voor de pioniers en niet voor de vele fysici die actief bijdroegen aan de vondst van de golven.

Toch zien de meeste natuurkundigen uit het vakgebied deze Nobelprijs vooral als erkenning. ‘Ik ben zeer verheugd en trots dat de Nobelprijs dit jaar is toegekend aan ons onderzoek naar zwaartekrachtgolven’, stelde Virgo-woordvoerder Jo van den Brand bijvoorbeeld in een persverklaring. Virgo was in 2015 nog bezig met een update toen de collega’s van LIGO het eerste zwaartekrachtsgolfsignaal maten.

Gijs Nelemans, verbonden aan natuurkunde-instituut Nikhef en de Radboud Universiteit, denkt daar hetzelfde over. ‘Deze Nobelprijs is een erkenning voor vernuft en vooral doorzettingsvermogen’, zegt hij. Nelemans was nauw betrokken bij de astrofysische interpretatie van de gemeten zwaartekrachtgolven. ‘De prijs is ook echt erkenning voor de grote groepen technici, ingenieurs, natuur- en sterrenkundigen die hierin samenwerken.’

Nieuwe vorm van astronomie

De rimpelingen in de ruimtetijd veroorzaakt door de fatale dans van twee zwarte gaten. Een ontdekking die goed genoeg bleek voor de Nobelprijs.

Vorige week werd nog bekend dat de eerste zwaartekrachtsgolf gemeten is met alle drie de detectoren. Naast de twee LIGO-detectoren die de eerste zwaartekrachtsgolfmeting voor hun rekening namen, is ook de Europese zwaartekrachtgolfdetector Virgo nu operationeel. Om die reden treden we binnenkort een nieuw astronomisch tijdperk binnen. Tot nog toe bestudeerden sterrenkundigen het heelal met behulp van zichtbaar licht, radiogolven, microgolven, enzovoorts – stuk voor stuk verschijningsvormen van elektromagnetische straling. Dankzij LIGO en Virgo komt daar nu een nieuwe detectiemethode bij, geleverd door het rimpelende canvas van de ruimtetijd zelf.

Omdat alle drie de detectoren nu online zijn, betekent dat bovendien dat astronomen via een driehoeksmeting een nauwkeurigere positiebepaling van de bron van de gemeten zwaartekrachtsgolven kunnen doen. Dat is handig wanneer de detectoren in de toekomst zichtbare bronnen gaan zien, zoals het samensmelten van twee neutronensterren. Iets waar de meeste astronomen overigens vurig op hopen. Als LIGO en Virgo zwaartekrachtsgolven vanuit het inwendige van neutronensterren zouden meten, zou dat namelijk voor het eerst iets onthullen over de mysterieuze inwendige structuur van deze kosmische voorwerpen.

Supernova’s

‘We hopen absoluut neutronensterren waar te nemen’, zei Weiss op de persconferentie na afloop van de bekendmaking. ‘Maar bijvoorbeeld ook supernova’s, die eveneens zwaartekrachtsgolven uitstralen. En uiteindelijk zelfs zwaartekrachtsgolven uit de kosmische achtergrondstraling. We kunnen nu kijken naar een deel van het universum dat we hiervoor niet konden zien.’

Astronomen zouden met behulp van zwaartekrachtsgolven bijvoorbeeld kunnen kijken naar de zogeheten donkere periode van het heelal: de tijd voordat de eerste sterren ontstonden. Het universum was destijds niet doorzichtig voor gewone straling, maar zwaartekrachtsgolven uit die periode zouden we in theorie nu nog kunnen meten.

Natuur- en sterrenkundigen kijken overigens nu al vooruit naar de periode na LIGO en Virgo. Met een volgende, nog krachtigere generatie zwaartekrachtsgolfdetectoren verwachten zij nog meer, en nog indrukwekkendere resultaten te kunnen boeken. De Europese variant van die nog betere generatie detectoren, de Einstein Telescope, verrijst in de toekomst mogelijk in de Nederlandse provincie Limburg.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

3 Reacties

  • Dan Visser

    | Beantwoorden

    De natuurkunde Nobelprijs loopt achter bij de nieuwste inzichten over zwaartekracht. Zwarte gaten zijn namelijk in oorsprong de limiet van ruimtetijd met daarin ‘gewone’ massa. Inmiddels is het inzicht verscherpt met ‘extra zwaartekracht’ door ‘donkere’ zwaartekracht. Het gaat daarbij het om kwantum-verstrengeling (oftewel donkere zwaartekracht) die in vacuum-energiedichtheid zit. Oftewel : vacuum is verfijnd door een “verstrengelingskracht”. Zwaartekrachtgolven zijn derhalve een combinatie van ‘gewone’ zwaartekracht (~4%) en ‘donkere’ zwaartekracht (~27%)., en dus eigenlijk een afspiegeling van een verstrengeling van kwantumtoestanden die ~8 maal sterker is dan de zwaartekrachtgolven die met LIGO en Virgo gemeten zijn. Mijn opvatting is dan ook, dat de gemeten zwaartekrachtgolven de manifestatie zijn van een heel ander verschijnsel dan zwarte gaten, namelijk van een “verstrengelingskracht” in een ander heelal dan het Big Bang-heelal.

  • Daan

    | Beantwoorden

    Gaat het niet om de detector die een (tot dan toe) onbekend verschijnsel had waargenomen wat een Nobelprijs waard is?
    Het doel was toch om dit verschijnsel “klassiek mechanisch” te verklaren?
    Er is al langere tijd bekend dat een alternatieve route (bijvoorbeeld thermodynamica als basis) bewandelt moet worden. Dat betekent niet dat er niet een manier bedacht kan worden om dit te laten passen in de “klassieke quantummechanica”.
    Alle ‘donkere’ materie die tot nu toe waargenomen is zou dan ook kunnen passen in de nieuwe theorie die ontwikkeld wordt (maar dus ook in de huidige).

  • Fred

    | Beantwoorden

    Het universum was in de zogeheten donkere periode wel doorzichtig voor gewone straling. De periode die de auteur bedoelt is dus wellicht een vroeger tijdperk.

    https://nl.wikipedia.org/wiki/Chronologie_van_het_heelal

    Er bestonden in de donkere periode echter nog geen sterren. Indien toen zwaartekrachtgolven werden geproduceerd moeten die andere oorzaken gehad hebben dan supernova’s of interacties van neutronensterren/evt. zwarte gaten. Misschien zorgde toen donkere materie voor dergelijke golven of bestonden er toch reeds zwarte gaten.

Plaats een reactie bij Fred

Klik hier om je antwoord te annuleren.