De jacht op donkere materie

science
space
nieuwsbrief
januari 2011 | nummer 2
De jacht op donkere materie
Interview met Frank Linde, onderzoeker van de allerkleinste deeltjes
Column van Dave Blank
Nanotechnologie en veiligheid
Nanotechnologie
staat volop in de
Prof. dr. Frank Linde (52 jaar) is onder-
belangstelling.
zoeker en wetenschapper in hart en
Wetenschap-
nieren. Sinds een jaar of zes is hij
pelijke bladen
directeur van Nikhef, het Nationaal
staan er vol van.
instituut voor subatomaire fysica in
De economie-
Amsterdam. Het gehele interview is te
katernen van
zien via de website www.natuurkunde.nl.
dagbladen
publiceren
Toch jammer van uw onderzoek,
daar zult u nu weinig aan toekomen!
Ja, inderdaad. Toen de vorige directeur
vertrok, kwam ik het meest in aanmerking
om hem op te volgen – dit instituut moest
toch geleid worden. Eerlijk gezegd is het
leuker dan ik verwacht had; mijn taak is te
zorgen dat al die interessante projecten
door kunnen gaan. Maar over vier jaar geef
ik met plezier het stokje door en word ik zelf
weer onderzoeker.
over
de
de Nobelprijs voor de ontdekking van
grafeen een doorbraak die vooral in de
nanotechnologie zal worden toegepast.
Prof. dr. Frank Linde
Kunt u vertellen wat uw vakgebied
precies inhoudt?
En zou dit nu het einde van het verhaal zijn?
Mijn vak stelt twee hoofdvragen. Kort
gezegd is de makkelijkste van die twee:
‘Wat zijn de kleinste bouwstenen waar ons
universum uit bestaat?’ En de moeilijkste
is: ‘Hoe werkt alles?’ Die vragen stellen
wetenschappers zich al sinds mensenheugenis en we komen steeds een stapje
verder, steeds een stapje dichter bij het
echte antwoord. De oude Grieken noemden de kleinste deeltjes die zij 2000 jaar
geleden konden vinden ‘a-tomos’, ondeelbaar. Later ontdekten we dat die atomen
zelf toch ook weer uit deeltjes bestaan: een
(ondeelbare) kern met daaromheen een
wolk van elektronen. Vandaar de naam van
ons vakgebied: subatomaire fysica, we duiken dieper de atomen in. Weer later bleek
zo’n atoomkern toch deelbaar: die bestaat
uit protonen en neutronen. En vandaag de
dag zijn quarks de kleinste bouwstenen
van protonen en neutronen die wij kennen.
We denken nu van wel, maar eerlijk gezegd
zou het me niet verbazen als binnenkort
iemand kan aantonen dat ook quarks
weer een innerlijke structuur hebben, dus
deelbaar zijn. Zo ging het steeds in de
geschiedenis. Rond 1900 dachten wetenschappers dat de natuurkunde nu wel ‘af’
was, dat we alles wisten – op een paar
kleine probleempjes na. Die probleempjes
leidden daarna tot de relativiteitstheorie en
de kwantummechanica en een totale revolutie in de natuurkunde. Dus wie weet
wat ons nog te wachten staat…
www.sciencespace.nl
bespiegelingen
kansen van nano. Afgelopen jaar was
Hoe onderzoek je zulke kleine
deeltjes eigenlijk?
Subatomaire deeltjes zijn te klein om netjes
uit elkaar te peuteren. Wat wij doen lijkt op
wat een onderzoekend kind soms doet,
dat wil weten hoe bijvoorbeeld een wekker
Lees verder op pagina 2
Tegelijkertijd ontstaat de discussie over hoe
veilig nanotechnologie is. Een belangrijke
discussie die helaas soms wordt overstemd door een eenzijdig beeld dat hierbij
wordt opgeroepen. In de nanotechnologie
wordt vooral gekeken naar toepassingen
die eigenlijk niets met nanodeeltjes te maken hebben. Bijvoorbeeld in de elektronica,
het maken van nanostructuren die je computer sneller maken en het geheugen van
je computer (niet alleen je laptop maar ook
je iPad of mobiele telefoon) toe laat nemen.
Andere voorbeelden voor toepassingen in
de nanotechnologie vind je in de medische
technologie. Het maken van meetinstrumentjes die de samenstelling van je bloed
meten of een pil die kan meten of je in je
darmen afwijkend DNA hebt, wat mogelijk
wijst op een begin van darmkanker. Mooie
toepassingen, vooral wanneer we hiermee
bepaalde ziektes kunnen voorkomen of
succesvol kunnen behandelen. Ook zal
nanotechnologie ervoor zorgen dat wij
nieuwe materialen krijgen met nieuwe of
veel betere eigenschappen dan we tot nu
toe voor mogelijk hebben gehouden: zeer
sterke materialen of materialen waar we
energie in kunnen opslaan.
Lees verder op pagina 2
www.natuurkunde.nl
Vervolg ‘De jacht op donkere materie’ van pagina 1
in elkaar zit, maar geen goede schroevendraaiers heeft: stukWat zou u het allerliefst ontdekken?
gooien. Wij gooien geen deeltjes tegen de muur, maar laten ze
De quarks en de elektronen die we nu kennen, vormen slechts
met zo’n enorme snelheid op elkaar botsen, dat ze uit elkaar spat4% van alle energiedichtheid in ons universum. Dat hebben sterten. De benodigde hoge snelheden kun je alleen bereiken in een
renkundigen gemeten en uitgerekend. Van de rest weten we nasupergrote deeltjesversneller. De nieuwste en grootste bevindt
genoeg niets, dat is eigenlijk te gek voor woorden! Wij natuurkunzich onder de grond bij het
digen geven alles wat we niet begrijpen meteen een naam. We
CERN-instituut in Genève,
zeggen nu dat die onbekende 96% bestaat uit ‘donkere
die heeft een omtrek van
energie’ en ‘donkere materie’. Donkere energie ligt nog
27 kilometer. In een vererg ver buiten ons begripsveld. Mijn droomontdekking is
Atomen zijn eigenlijk ontzettend leeg.
sneller kun je deeltjes onder
om donkere materiedeeltjes te ontdekken. Die zouden
Stel dat de kern van een atoom zo groot
gecontroleerde
omstanin de deeltjesversneller van CERN kunnen ontstaan.
zou zijn als een druif. Als je die kern dan
digheden laten ontstaan.
En we hebben nog twee andere grote experimenten,
op de middenstip van een voetbalveld legt,
Je laat deeltjes op elkaar
diep in de grond in Italië en op de bodem van de Midcirkelen de elektronen ter hoogte van de
knallen, de ‘vuurbal’ die
dellandse zee, waar we de donkere materiedeeltjes
tribunes. Daartussen is niets, vacuüm.
daaruit komt, ga je analyuit het universum hopen op te vangen. Geef ons
seren en dan kun je het
nog een jaar of 5 à 10 en toch zeker één van deze
bestaan van nieuwe deeltjes aantonen. Bij CERN gaat dat om
ontdekkingen zal gedaan zijn.
twee botsende protonen, maar het kan ook met elektronen op antiDan ben ik een gelukkig mens.
elektronen. Dat vind ik zelf eigenlijk nog mooier.
Vacuüm
Vervolg column Dave Blank van pagina 1
Een ander onderdeel van de nanotechnologie zijn kleine deeltjes
of nanodeeltjes. Bij het toepassen van deze deeltjes is veel aandacht voor mogelijke gevaren. Wat doen nanodeeltjes die in zonnebrandcrème zitten met je? Zitten er nanodeeltjes in voedsel
die schadelijk kunnen zijn? Wat doen nanodeeltjes in de natuur
wanneer ze in het oppervlaktewater terecht komen? Terechte
vragen die opgelost moeten worden en waar veel onderzoek
science
space
SMH
8SORDGMRXZ¿OP
RS<RXWXEH
IMHXLW
QSURH
H
9RHUH
Tube4proof wedstrijd
oefje
Film jouw prrei
en win een s
Sciencespace daagt je uit! Voer een bestaand of zelfbedacht proefje uit.
Iets uit de natuur- of scheikunde, biologie of techniek. Film je proefje en
EHFRPPHQWDULHHUKHW0RQWHHUHQSODDWVGLW78%(3522)¿OPSMHRS
Youtube en maak kans op een 2-daags bezoek voor 3 personen naar het
Sciencemuseum in Londen en een wisselbeker.
Kijk voor meer informatie en de voorwaarden op www.sciencespace.nl,
onder het kopje actueel. Daar vind je ook voorbeelden als gassen in de
lucht, de dansende druppel of de zingende zaag.
Doe mee en misschien gaan jullie wel naar Londen. Alle inzendingen
moeten voor de sluitingsdatum op 1 maart 2011 binnen zijn.
Powered by:
Wiwl jeeten?
e
me r
kijk snel op www.sciencespace.nl
naar gedaan wordt. Helaas zijn er wel spookverhalen in omloop die de werkelijke vraag naar gevaren vertroebelen. Voorop
moet staan dat het effect van nanodeeltjes uitgebreid onderzocht moet worden voor ze worden toegepast. Dat geldt trouwens voor elk nieuw materiaal of chemische verbinding. Hiervoor zijn diverse instanties die dit ook onderzoeken. Omdat het
toepassen van nanodeeltjes relatief nieuw is, zijn de richtlijnen
nog niet eenduidig vastgelegd. Internationaal worden er nu richtlijnen opgesteld. Ondertussen moeten we als nano-onderzoekers onze kennis en kunde beschikbaar stellen om de effecten
van nanodeeltjes te bestuderen. Het maken van instrumenten,
gebaseerd op nanotechnologie, die deze effecten op bijvoorbeeld celniveau kunnen bestuderen, zullen uitkomst kunnen bieden of bepaalde nanodeeltjes toegepast kunnen worden. Tegelijkertijd kunnen we deze technieken ook toepassen op andere
gebieden dan uitsluitend nanodeeltjes. Denk hierbij aan het
gedeeltelijk vervangen van proefdieren.
In 2011 zal een groot nationaal programma starten, NanoNextNL,
dat vooral naar de toepassingen van micro- en nanotechnologie gaat kijken. Hierbij zijn universiteiten, instituten en het
bedrijfsleven betrokken. Een substantieel deel van de subsidie
zal besteed worden aan de mogelijke risico’s van nanodeeltjes
en de effecten op de samenleving (totaal 15% van de subsidiegelden). Een onderzoeksprogramma, dat daardoor uniek is
in de wereld, en dat ervoor gaat zorgen dat Nederland, naast
de wetenschappelijke kennis op het gebied van de nanotechnologie, ook een voortrekkersrol gaat spelen bij het vaststellen van de invloed die nanotechnologie heeft op onze samenleving. Een uitdagend vooruitzicht voor 2011.
Prof. dr. ing. Dave H.A. Blank
Hoofredacteur van natuurkunde.nl
en sciencespace.nl
Dave Blank is wetenschappelijk directeur van
MESA+ Institute for Nanotechnology
University of Twente
NanoLab NL 2001
www.utwente.nl/mesaplus
www.utwente.nl/tnw/ims
Uitleg met animaties
Als redactie van sciencespace zijn we erg blij met auteur Florian Sterl die in veel van
zijn artikelen animaties gebruikt. Hij maakt deze animaties zelf met het programma ‘3ds
Max’. Zijn animaties worden op YouTube geplaatst, en zo kunnen ook bezoekers van
YouTube de weg vinden naar sciencespace. Op sciencespace nemen we de animaties
op in onze artikelen. Misschien ken je van hem al de artikelen over brandstofmotoren:
http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=2710
http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=2690
of over de stoomlocomotief:
http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3160,
deze staan al wat langer op www.sciencespace.nl.
Een van de meer recente bijdragen van Florian is een artikel over de straalmotor. Je
ziet in dit artikel uitgelegd hoe een straalmotor van een vliegtuig werkt.
In de animatie zie je een vliegtuig van de buitenkant waarvan de straalmotor wordt
opengewerkt. Bij de straalmotor komt koude lucht naar binnen die er aan de achterkant met veel hogere temperatuur, druk en snelheid weer uit komt en zo het vliegtuig
voortstuwt. Als je precies wilt weten hoe dat zit, kun je voor de uitleg en bewegende
animatie surfen naar:
http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3841
De contrabas binnenstebuiten
In een serie artikelen haalt webredacteur
en amateurbassist Ron Vonk de contrabas binnenstebuiten.
Veel natuurkundige verschijnselen rond
trillingen laten zich prima illustreren met de
FRQWUDEDV0HWJHZRQH¿OPSMHVNXQMH]LHQ
en horen wat er gebeurt. Met high-speed¿OPSMHVZRUGWGLWLQVORZPRWLRQJHWRRQG-H
hoort dan niets meer, maar je ziet het des te
beter. In deze serie worden begrippen als
boventonen, resonantie, zwevingen en het
verband tussen snaarlengte en toonhoogte
toegelicht aan de hand van praktijk-voorbeelden. Om een beetje wegwijs te worden
in dit aanbod, is een introductieartikel gemaakt van waaruit je verder kunt surfen. Je
vindt het introductieartikel over de contrabas hier:
http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.
do?supportId=941870
Contrabas
Een mooi voorbeeld dat in deze serie getoond wordt, is het optreden van
UHVRQDQWLH -H ]LHW LQ GH ¿JXXU KLHUnaast de positie van de vier snaren van
de bas. De onderste snaar wordt aangestreken en trilt met een frequentie van
49 Hertz, de bovenste snaar gaat meetrillen met een frequentie van 98 Hertz. De
andere twee snaren blijven min of meer
onbewogen. Hoe dat precies gaat en hoe
je kan zien dat de onderste snaar de aanstichter van het geheel is, kun je lezen op:
http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.
do?supportId=941890
5 vragen aan Gerard Stuijts
‘Ik ben gegrepen door de mogelijkheden van ICT in het onderwijs’
Naam:
Geboren:
Opleiding:
Studie:
Werk:
Gerard Stuijts
1954 in Geldrop
Basisschool en daarna achtereenvolgens: mulo-A, havo en vwo
HBO Medisch analist, Lerarenopleiding scheikunde en
natuurkunde, later omscholingscursus tot docent techniek
Docent scheikunde, natuurkunde en later techniek aan verschillende havo/vwo-scholen en Voortgezet Speciaal Onderwijs,
onderwijsadviesorganisaties KPC, APS en SLO, instituut voor
toetsontwikkeling Cito, en natuurkunde.nl
Geeft les sinds: 1984
Jij hebt je bètatalent pas later
ontwikkeld?
Welk moment zie jij als essentieel
in je docentenjaren?
Ja, zo zou je het kunnen stellen. Ik had
op de mulo problemen met wiskunde, dat
heb ik in de 2e klas laten vallen. Omdat ik
het plan had om fysiotherapie te studeren,
ging ik daarna naar de havo, met een exact
pakket. Dat was hard werken! Ten opzichte
van mijn klasgenoten stak ik er veel extra
energie en tijd in. Vooral met natuurkunde
had ik moeite. Na het behalen van het
diploma had ik het idee meer aan te kunnen, dus heb ik ook nog vwo gedaan.
In 1993 mocht ik op school een technieklokaal met daarin ook computers inrichten.
Ik werd toen gegrepen door de mogelijkheden van ICT in het onderwijs. Ik heb
daarna allerlei les- en oefenmateriaal,
VLPXODWLHV¿OPSMHVYDQH[SHULPHQWHQLQWH
ressante websites en opdrachten in een
digitale studiewijzer op de website van de
vaksectie voor natuurkunde en techniek
opgenomen. Dit was eigenlijk een voorloper van een elektronische leeromgeving
(ELO). Leerlingen konden zo zelf op school
of thuis in hun eigen tempo aan de slag met
uitdagende opdrachten. Dit bleek vooral
twee verschillende groepen leerlingen
te stimuleren: de hele goede en juist
de zwakkere leerlingen, die gemotiveerd
waren alles op alles te zetten om toch een
voldoende te halen.
Hoe kwam je uiteindelijk voor
de klas terecht?
'DDU ]LW HHQ ÀLQNH GRVLV WRHYDO ELM 'H OH
rarenopleiding scheikunde en natuurkunde
was eigenlijk als opstapje voor een universitaire studie bedoeld, maar die is er nooit
meer van gekomen. Eenmaal voor de klas
bleek mijn eigen probleem met natuurkunde
juist een pré. Omdat ik uit eigen ervaring
wist hoe moeilijk die stof kan zijn, kon ik die
op een voor de leerlingen heldere manier
uitleggen.
opgaven aangebracht en de vraagbaak
in categorieën onderverdeeld. Verder heb
ik een stuk of vier lesbrieven gemaakt,
vooral op die over de waterlens en over
opereren met laslicht ben ik erg trots.
Tegenwoordig heb ik geen inhoudelijke
bemoeienis meer met de site. Ik zit nog wel
in de redactieraad.
Wat zijn je plannen voor
de komende jaren?
Wat is jouw inbreng in
natuurkunde.nl?
Ik werk nu vier dagen per week bij het
Cito, waar steeds meer toetsen worden
ontwikkeld die volledig met de computer
kunnen worden gemaakt. Daar ben ik nu
mee bezig, het is een grote klus en erg
arbeidsintensief. Ik hoop dat leerlingen het
ook leuk en aansprekend vinden. Ik vind
het een geweldige uitdaging aan toetsen
te werken die meegaan met het digitale
tijdperk. Ik ben nog wel even bezig en
heb genoeg ideeën.
Ik heb veel achtergrondwerk gedaan: alle
links tussen de verschillende artikelen en
Carla Desain
Leraren in opleiding helpen sciencespace
De maan, wolken, platentektoniek en GPS,
dat zijn enkele onderwerpen die vanaf de
lancering van de site in september 2009
op sciencespace staan. Al deze bijdragen
zijn indertijd geschreven door studenten
exacte vakken van de lerarenopleiding van
de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden,
de NHL. Dit gebeurde in het kader van het
onderwijsleerbedrijf. Ook dit schooljaar
werkt sciencespace weer samen met de
NHL. Studenten van deze opleiding schrijven webartikelen en ontwikkelen webopdrachten. Het materiaal dat de studenten
maken is gericht op leerlingen van de
onderbouw en past in het aanbod van
sciencespace.
Bij het schrijven worden de studenten inhoudelijk begeleid door de redactie van
sciencespace. Het gaat vooral om het leerproces voor de studenten, ze leren hoe je
content ontwikkelt en welke vorm je kiest
om dit op een eigentijdse manier aan de
doelgroep over te brengen. Het werk wordt
intern besproken en daarna aangepast. De
geslaagde bijdragen zullen op de website
geplaatst worden. We werken met een
team van zes auteurs bestaande uit studenten biologie, natuurkunde en wiskunde.
Het project is gestart in januari 2011 en zal
worden afgerond in april. In de tussentijd
kun je de eerste bijdragen van deze studenten verwachten. Op deze manier maken deze docenten van morgen kennis met
sciencespace en leveren ze al direct een
bijdrage om sciencespace nog mooier te
maken.
Ron Vonk
Redactie: Dave Blank (hoofdredacteur). Realisatie: Jan Lepeltak (coördinatie), Ron Vonk, Rene van der Weijden en Onne Slooten.
Met medewerking van: Carla Desain, Marc ter Horst. Lay-out: A Fact. E-mail: [email protected]