Als het een beetje wil, krijgt ieder mens er een paar keer in zijn leven eentje op zijn hoofd. Een subatomair deeltje is het, dat met bijna de lichtsnelheid vanuit het heelal op u afkomt. Hoewel hij te klein is om te zien, heeft de buitenaardse indringer de energie van een tennisbal die ruim driehonderd kilometer per uur gaat. Misschien dus maar goed ook dat het object hoog in de atmosfeer in honderden stukjes uit elkaar valt, als hij tegen luchtmoleculen botst. Wat er uiteindelijk op uw hoofd neerklettert, is een hagelbui van energierijke protonen, elektronen en muonen. En daarvan merkt u niets. De hele dag motregent het atoomkernen, fotonen, neutrino’s en andere deeltjes uit het heelal, maar zo nu en dan zit er opeens iets heel bijzonders tussen: een deeltje dat miljarden tot zelfs honderden miljarden keren sneller gaat dan normaal. De meest extreme indringer tot dusver kwam op 15 oktober 1991 binnenzeilen in een onderzoekslaboratorium in de Amerikaanse staat Utah. “Alsof je op vlinders jaagt en een straaljager vangt,” zeiden zij die erbij waren achteraf. Waar de deeltjes precies vandaan komen, of wat ze zijn, is een raadsel. Vermoedelijk zijn het protonen, de kernen van waterstofatomen. Zeker lijkt ook dat de deeltjes van heel dichtbij op ons worden afgevuurd. Ruimtedeeltjes die van ver komen, worden in de regel namelijk afgeremd totdat hun energie minder is dan 10 tot de twintigste elektronvolt, de zogeheten ‘GZK-drempel’. En de super-energierijke exemplaren zitten daar ruim boven: de ‘straaljager’ uit Utah had 32 keer zoveel energie. Maar hoe astronomen ook zoeken, in onze directe omgeving – een lichtjaar of honderd in het rond – is er geen kosmische sluipschutter te vinden. Beruchte deeltjeskanonnen zoals supernova’s en neutronensterren zijn voor zover bekend niet in staat meer dan 10 tot de twintigste elektronvolt aan energie in een deeltje te stoppen. Deeltjes zoals die in Utah kunnen dus eigenlijk niet bestaan. En toch knalt er naar schatting ieder jaar boven iedere vierkante kilometer aardoppervlak één uit elkaar. “Er zijn niet eens echte hypotheses over de herkomst van deze deeltjes”, vertelt fysicus Frans van Liempt van de Vrije Universiteit Amsterdam. “Op wetenschappelijke conferenties komt er altijd wel iemand met een of ander gek idee. Er zou een zwart gat in het spel zijn, of de relativiteitstheorie zou bijstelling behoeven. Het is echt een vreemd probleem.” Andere mogelijkheden zijn dat de deeltjes worden gelanceerd door klonten donkere materie of door ontploffende ‘bubbels’ in de dimensies, in een soort mini-oerknal. Vandaag openen ook de scholieren van zeven Amsterdamse middelbare scholen de jacht op de mysterieuze superdeeltjes. De afgelopen tijd hebben groepjes zesdeklassers tijdens de les speciale deeltjesdetectoren in elkaar gezet, onder begeleiding van onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam en het Amsterdamse centrum voor deeltjesonderzoek NIKHEF. De detectoren zijn verpakt in skiboxen, die twee aan twee op de daken van de scholen zijn geïnstalleerd. Samen vormen de apparaten één reusachtige deeltjesdetector, die binnenkomende deeltjeslawines moet registreren. Dergelijke lawines kunnen verspreid over een oppervlak van vele vierkante kilometers neerkletteren, vandaar de opzet met meerdere aan elkaar gekoppelde detectoren. De Japanse kosmische-stralingsdetector AGASA, waar de meeste superdeeltjes werden waargenomen, bestaat uit 111 met elkaar verbonden detectoren. De zeven detectoren van Amsterdam steken daar mager bij af. Maar het is nog maar een begin: in de universiteitssteden Groningen, Utrecht en Leiden wil men soortgelijke detectoren op de schooldaken installeren. Ook in Nijmegen, waar men het afgelopen jaar proefdraaide met drie detectoren, heeft men plannen voor uitbreiding. Het Amsterdamse netwerk is nu nog te grofmazig voor het échte superdeeltjes-onderzoek. Daarom oefenen de scholieren de komende tijd door metingen te doen aan al bekende, minder energierijke kosmische deeltjesregens. Ook daaraan valt ook nog veel eer te behalen, legt Bob van Eijk van het NIKHEF uit. “Ik voorzie dat we een revival krijgen van kosmische stralingsexperimenten.” “Eén idee is dat we het systeem koppelen aan de reuzenradiotelescoop Lofar, die in Noord-Nederland gebouwd gaat worden. Dan hebben we een systeem dat zowel gevoelig is voor radiogolven als voor kosmische straling. Een ander ideetje is om de samenstelling van de deeltjeslawines te bestuderen. Je zou dan kunnen kijken hoe een deeltjesregen is samengesteld als hij het dak van de school passeert, en hem bijvoorbeeld nog een keer kunnen detecteren in de kelder van het gebouw.” Afgezien daarvan vormen de deeltjeslawines voor het onderwijs een pracht van een practicum. “We willen de beeldvorming van het bèta-onderzoek veranderen”, zegt Van Eijk. Het is de bedoeling dat het Amsterdamse netwerk de komende jaren geleidelijk wordt uitgebreid, totdat het ook superdeeltjes kan ‘zien’. Het is overigens niet voor het eerst dat natuurkundigen de hemel boven Amsterdam afspeuren op zoek naar deeltjeslawines uit het heelal. In de jaren dertig van de vorige eeuw trok het onderzoek van de Amsterdamse natuurkundige Jacob Clay veel media-aandacht. Clay was pionier in het onderzoek naar kosmische straling. Onder meer toonde hij aan dat het magneetveld van de aarde binnenkomende deeltjes ongelijkmatig over de aarde uitspreidt (het ‘breedte-effect’). Ook in die dagen oefende Clay’s vakgroep grote aantrekkingskracht uit op nieuwe, jonge studenten. Al had dat er ongetwijfeld ook mee te maken dat Clay bij voorkeur kosmische deeltjes registreerde vanaf een schip, dobberend in de tropen. Maarten Keulemans