Categoriearchief: Exact

Kijken naar rimpelingen in de ruimte (zwaartekrachtgolven)

Speciaal omdat in maart dit jaar de zwaartekrachtgolven voor het eerst met dit instrument zijn waargenomen, een ‘verhaal uit de oude doos’, waarin onderzoeker Jo van den Brand in 2006 (!) uitlegt hoe mooi Virgo in de Toscane moet gaan worden.

Wie naar de hemel kijkt, ziet het verleden: het licht van veel sterren bereikt ons pas na miljarden jaren. Terugkijken tot de oerknal moet dan ook kunnen, zou je denken. De praktijk blijkt weerbarstig, maar met een nieuw soort telescoop gaat het wellicht lukken.

tekst René Rector, Sciencestories.nl

Het onderzoeksinstituut Virgo, even onder Pisa, heeft wel iets weg van de Chinese muur. Stukken kleiner, maar toch indrukwekkend. Twee haaks op elkaar staande armen, drie kilometer per stuk, moeten vanaf volgend jaar de kennis over het heelal spectaculair gaan vergroten. Virgo is een telescoop, maar niet zomaar een. Hij is speciaal ontworpen om een soort golven te meten dat tot nu toe alleen maar indirect werd waargenomen: zwaartekrachtgolven. “Het opent een compleet nieuw terrein in de astronomie”, stelt prof. dr. Jo van den Brand, die namens de VU bij Virgo betrokken is. “Je moet je voorstellen dat we van het meeste dat zich in de ruimte bevindt, nog niets weten. We weten alleen iets van hemellichamen die elektromagnetische straling, zoals licht of radiogolven, uitzenden. Dat is naar schatting in maar één procent van de materie het geval. Van de rest weten we alleen indirect dat het er moet zijn.”

Voor Van den Brand is de speurtocht naar die onzichtbare donkere materie interessant. Wie een telescoop richt op het zwerk, kijkt in het verleden. Hoe verder weg je kijkt, hoe langer het licht dat je ziet erover heeft gedaan om de aarde te bereiken. Zo zien we de zon zoals hij acht minuten geleden was, de eerstvolgende ster zoals hij er in 2002 bij stond enzovoort. “In theorie moet je zo ver kunnen kijken als het heelal oud is: 13,7 miljard jaar. Alleen zijn licht en radiogolven van zo oud compleet verstoord.” Met glimoogjes voegt Van den Brand toe: “Met Virgo kun je nog verder in het verleden kijken. We kunnen zo misschien eindelijk zien wat er kort na de oerknal is gebeurd met het heelal.”

Zwaartekrachtgolven

Voor een telescoop is Virgo een raar ding. Niets richt een schotel naar omhoog. Niets wijst op een astronomische functie. Het doel van Virgo is om heel nauwkeurig de afstand tussen twee punten te meten. Zwaartekrachtgolven doen die afstand namelijk variëren (zie “Alles trilt, alles wankelt”). Je hoeft daarvoor niet omhoog te turen: de afstand op aarde zelf vibreert. “Nu is het nogal lastig om afstand zo nauwkeurig te meten”, stelt Van den Brand. “Daarom meten we twee afstanden die we met elkaar vergelijken. Verandert de ruimte in de ene richting wel, en in de andere niet, dan kun je het afstandsverschíl meten.”

Voor het meten gebruiken Virgo-technici lasers en kwalitatief hoogwaardige spiegels. Het principe daarvan is eenvoudig, maar de uitvoering is een hachelijke zaak, omdat de metingen onwaarschijnlijk nauwkeurig moeten zijn. “Als er een vliegtuig overvliegt, dan zien we dat terug in onze resultaten. De verschillen in afstand zijn zo klein, dat de apparatuur tot op de nanometer nauwkeurig moet zijn. Daarom is de VU ook betrokken geraakt, als enige Nederlandse universiteit”, vertelt Van den Brand trots. “Wij hebben veel ervaring met zulke gevoelige apparatuur. Van oorsprong was Virgo een Frans-Italiaans samenwerkingsproject.” De eerste daadwerkelijke, maar nog grove metingen vinden deze winter plaats. Pas in 2008 is het instrument zover af, dat het de gewenste nauwkeurigheid heeft.

Alles trilt, alles wankelt

Een meter is een meter. Dat weet het kleinste kind. Zou je kunnen terugstappen in de negen- tiende eeuw, dan zou natuurkunde inderdaad zo eenvoudig zijn. Maar het bleek te kort door de bocht. Afmetingen in de ruimte worden namelijk verstoord door hemellichamen: sterren, zwarte gaten, melkwegstelsels, enzovoort. Door die hemellichamen trekt de ruimte krom, en u kunt daardoor met recht uw ogen niet ge- loven als u wilt vaststellen waar aan de hemel- bol sterren exact staan.

Einstein berekende begin twintigste eeuw dat de ruimte namelijk helemaal niet zo vormvast was als iedereen dacht. Recht is niet altijd recht; volgens Einstein is het krom. Dat moet u zich als volgt voorstellen: u neemt een laken, en u legt dat in het gras. Dat laken is dan een volledig plat vlak – voor het gemak letten we niet al te goed op kleine oneffenheden. Vervolgens legt u in het midden van het laken een sinaasappel. Er ontstaat dan een kuil in het laken. Het platte vlak is daar door de massa van de sinaasappel automatisch gekromd.

Dit verhaal verscheen in 2006 in Gewoon bijzonder, corporate magazine van:

Vrije Universiteit Amsterdam | zwaartekrachtgolven

Terug naar de zandbak

Soms is in de wetenschap een computermodel niet genoeg. Op de Vrije Universiteit bootsen geologen de aardkorst na met bakken vol zand en babycrème.

tekst: René Rector, Sciencestories

Wie aardbevingen of het weer wil voorspellen loopt tegen een vervelend probleem aan: sommige systemen zijn zo complex, dat ze heel lastig natuurgetrouw in een computermodel te stoppen zijn. Voor plaattectoniek beschikt De Vrije Universiteit daarom over een bijzonder lab. In zandbakken wordt er op kleine schaal nagebootst wat in de aardbodem in het groot gebeurt: continentale verschuiving.

Het lab heeft verschillende zandbakjes, die elk een andere continentale drift simuleren. Zo is er een zandbak waarvan de bodem in twee helften langs elkaar kan bewegen. Leg je er zand op, dan zie je een patroon ontstaan dat veel lijkt op de San Andreasbreuk in Californië. In een andere bak kan thrust worden gesimuleerd. Dit doet zich voor als continentale platen tegen elkaar botsen, en één laag over de andere schuift, waardoor een gebergte ontstaat.

Plaattektoniek

Initiatiefnemer Dick Nieuwland vertelt in het interview: ‘Als je plaatverschuiving in een wiskundig model vat, neem je aan dat het model juist is. Zand is een natuurlijk materiaal, dat misschien anders reageert dan je aanneemt, maar wel strikt volgens de natuurwetten.’

Het lab heeft voor de meeste grondsoorten miniatuur-equivalenten. Klei en zout kun je op kleine schaal vervangen door babycrème, gesteenten laten zich vervangen door zand. Het idee om zo in een experiment de plaattektoniek te simuleren, was in de jaren zeventig van de vorige eeuw met succes uitgewerkt door Shell. Voor studenten geeft het lab inzicht in geologische wordingsprocessen. Nieuwland: ‘In het echt zie je immers nooit hoe iets gevormd wordt. Op de geologische tijdschaal is een eeuw al niets.’

Het hele verhaal verscheen in 2001 in:

Intermediair

Het Sandboxlab bestaat nog steeds, inmiddels onder de naam Teclab.

In de prullenbak ermee

Wetenschappers doen onderzoek naar wat we nog niet weten. De basis voor onderzoek wordt gevormd door bestaande theorieën en meestal past een nieuwe vondst bij wat we al wel weten. Maar wat nu, als de bestaande theorieën in hun fundament niet deugen? Als àlles in de prullenbak moet?

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Laten we eens aannemen dat de continenten bewegen. Neem nu Zuid-Amerika. Schuif je dat naar Afrika, dan past Brazilië netjes in de Golf van Guinea. Vuurland krult mooi om Kaap de Goede Hoop. En als je nog wat puzzelt, dan lijkt het wel of alle continenten in elkaar te passen zijn. Ruim honderd jaar geleden opperde Alfred Wegener dat de continenten op drift waren.

Wegener was niet de eerste die op dat idee kwam. Al in de zestiende eeuw werd er gepuzzeld en gewezen op de opvallende passing, maar anders dan zijn voorgangers zei Wegener: ik zie zoveel dingen die ik ermee kan verklaren… het moet wel zo zijn, ook al weet ik niet hoe het komt. Hij had nog een probleem: hij had geen bewijzen. Vooraanstaande wetenschappers als Harold Jeffreys en Charles Schuchert verklaarden hem voor gek.

Paradigmaverschuiving

Het debat dat volgde, duurde vijftig jaar. Aanvankelijk waren de ‘gefixeerden’ nog in de meerderheid, maar steeds meer bevindingen wezen richting het gelijk van de ‘mobielen’ en toen na de Tweede Wereldoorlog de oceaanbodem werd onderzocht, ging het snel: de onderzeese bergruggen en troggen braken de lans definitief voor de case van plaattektoniek.

Als je de wereld en de wereldkaart eenmaal hebt gezien met kennis van plaattektoniek, dan kun je je moeilijk voorstellen dat de gefixeerden er ooit anders over dachten. Het ene stelsel van ideeën gaat niet samen met het andere stelsel van ideeën. Wetenschapsfilosoof Thomas Kuhn noemde dat een paradigmaverschuiving: meestal voegt nieuw onderzoek kennis toe aan wat we al weten, maar soms ondergraven nieuwe inzichten de oude juist. Als dat te vaak, te lang en te goed gebeurt, gaat de bestaande theorie onderuit en ziet het vakgebied er definitief anders uit.

Einstein en Galileï

Paradigmaverschuivingen duren vaak lang. Zo opperde Copernicus in 1543 dat het handiger was om te rekenen met een model waarin de aarde om de zon draaide en niet andersom. Vijftig jaar later schrapte Galileï het woordje ‘rekenmodel’: de aarde draaide om de zon en daarmee uit. Het definitieve bewijs daarvoor kwam pas in 1838. Ook Einstein werd beroemd met zijn beroemde formule E=mc2 uit 1905, al had Henri de Poincaré vijf jaar eerder al een ruime opmaat geschreven en duurde het nog vijf jaar voor hij erkenning kreeg. En Wegener zei eigenlijk vooral wat veel tijdgenoten in de onderbuik aanvoelden: we zien te veel gekke dingen die niet passen in de standaardtheorie.

Je moet er maar zin in hebben: een wetenschappelijke revolutie starten. Ze duren lang omdat wetenschappers nu eenmaal niet bij de eerste de beste kritiek hun theorie in de wilgen hangen, ook al was dat min of meer wat wetenschapsfilosoof Karl Popper toejuichte. Hoe eerder aangetoond was dat een theorie niet deugde hoe beter, vond Popper. Op die manier kwam de wetenschap het snelst vooruit. Dus als je tegen de stroom in zwemt, bereid je dan voor op flink wat strijd. Einstein en Maxwell stonden jaren tegenover elkaar in de wetenschappelijke boksring. Wegener raakte verwikkeld in een eindeloos debat. Galileï kreeg levenslang huisarrest.

Hakken in het zand

In de praktijk gaat dat omarmen dus nog niet zo eenvoudig. Hoe het wel gaat? Drie wetenschappers vertellen in EOS over de wetenschappelijke hakken in het zand. Pepijn Kamminga bemerkt de eerste reacties van ongeloof en kritiek, nog voor hij zijn in zijn vakgebied een verschuiving teweeg kan brengen. Prof. Wim van Westrenen zag een heel onderzoeksveld de luiken dichtdoen, nadat hij een onwelkome boodschap verkondigde. En om precies dat te voorkomen, trok Wim Ubachs fluwelen handschoentjes aan toen hij de fundamenten onder de natuurkunde beroerde.

Lees het volledige verhaal in:

juli/augustus 2015

Een nieuwe nier? Die printen we toch gewoon?

‘O, mevrouw. Uw nieren doen het niet meer. We printen even een nieuw exemplaar.’ Het klinkt als een droom voor nierpatiënten. Dialyse is immers loodzwaar, en donororganen zijn schaars. Nieuwe organen bouwen en dan implanteren is een techniek die zich razendsnel ontwikkelt. Toch is de weg naar een printnier nog lang.

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Al in 1938 opperde Nobelprijswinnaar Alexis Carrel dat het mogelijk moest zijn in een laboratorium een soort steiger voor een orgaan neer te zetten, en die steiger stukje bij beetje door menselijke cellen te vervangen, net zolang tot je een echt orgaan had. En sinds 2000, toen de eerste 3D-printers operationeel werden, proberen sommige wetenschappers dat oude idee werkelijkheid te laten worden met een printer. Zo ook in 2011 tijdens TEDx, een evenement waar ideeën worden gedeeld die de wereld kunnen veranderen en verbeteren. Anthony Atala, directeur van het Wake Forest instituut voor regeneratieve geneeskunde in North Carolina hield aan het eind van zijn presentatie een kersvers geprinte nier omhoog.

Die nier werkte niet. In beeld verschijnt een tekst die ook waarschuwt voor al te veel optimisme. Aan de andere kant: de ontwikkelingen op het terrein van tissue engineering gaan de laatste jaren erg, erg hard.

Een medewerker van Wake forest print - op proef - een nier met menselijke cellen.
Een medewerker van Wake forest print – op proef – een nier met menselijke cellen.

In Wisselwerking, het magazine van de nierpatiëntenvereniging, schreef ik een overzicht met de actuele stand van zaken. Wetenschappers die een werkend orgaan willen printen, hebben drie uitdagingen: voldoende celmateriaal kunnen opkweken dat als printmateriaal kan dienen, een orgaan printen op een manier dat de eerste geprinte cellen nog leven als de laatste cellen op hun plek zitten, en zorgen dat het lichaam het geprinte orgaan ook gaat gebruiken.

Dit verhaal verscheen in Wisselwerking, magazine van de:

Nierpatientenvereniging

Op zoek naar vuur

We zijn zo gewend aan vuur, dat we soms nauwelijks doorhebben dat we het gebruiken. Of we de auto nemen of een pizza bakken, we kunnen niet zonder. Maar wanneer zijn we eigenlijk vuur gaan gebruiken? Nieuw archeologisch onderzoek moet een mysterie ontrafelen dat al zo oud is als de archeologie: in ijstijden hadden we vuur nodig om te overleven. Maar waarom vinden we van dat vroege vuur dan niets terug?

tekst: René Rector, Sciencestories

Archeoloog en Spinozalaureaat professor Wil Roebroeks van de Universiteit Leiden fileert verschillende populaire theorieën over het vuurgebruik van de vroegste mensen. Anders dan wat vaak gesuggereerd wordt, is het nog helemaal niet zo duidelijk hoe lang we al vuur kunnen beheersen. Roebroeks wil de komende jaren onderzoeken hoe het kan dat er duidelijke sporen van bewoning in Europa zijn in een periode dat er geen overblijfselen van vuurbeheersing worden teruggevonden.

Genetische aanpassing

Het zou kunnen zijn dat dat komt omdat we niet goed kijkenen die sporen er wel degelijk zijn, en om die reden vindt er in Leiden onderzoek plaats om vast te stellen hoe vuurplaatsen onder verschillende omstandigheden geconserveerd worden. Maar het kan ook dat vroege Europeanen in staat waren om zonder vuur te overleven door genetische aanpassingen aan het koude klimaat tijdens ijstijden, of dat de afwezigheid van vuurplaatsen ouder dan 400.000 jaar betekent dat Europa destijds alleen in warme perioden werd bewoond. Dit verhaal ontrafelt de vuurparadox.

dit verhaal verscheen april 2015 in:

eos maandblad over wetenschap

CSI The Hague: HHs speurt mee op hoog niveau

Op televisie hebben we het allemaal al een keer gezien: hightech snufjes die misdaden moeten helpen oplossen. Het Nederlands Forensisch Instituut (NFI) probeert met tien andere partners, waaronder De Haagse Hogeschool, de fancy onderzoeksmethoden werkelijkheid te laten worden.

tekst: René Rector

Half oktober werd Amanda Knox in hoger beroep vrijgesproken. De Amerikaanse uitwisselingsstudente werd vier jaar eerder gearresteerd op verdenking van de moord op haar huisgenote in het Italiaanse Perugia. Er was een hele berg bewijsmateriaal tegen Knox, maar daar bleef in de rechtszaal niets van over. Een belastende vingerafdruk op de beha-sluiting van het slachtoffer bleek in de beroepszaak niet meer te verifiëren, omdat het bewijsstuk inmiddels was verroest. Ook het moordwapen – een mes met bloed van het slachtoffer op het lemmet en vingerafdrukken van Knox op het heft – raakte in het ongerede. Opmerkelijk: de juryvoorzitter zei na de uitspraak dat hij niet wist of Knox het had gedaan of niet, maar dat de jury op basis van het nog bestaande bewijs niet anders kon dan vrijspreken.

Nederlands Forensisch Instituut

De rechtszaak tegen Knox benadrukt hoe belangrijk een goede verzameling van sporen op de plaats delict is. Alle sporen moeten minutieus worden vastgelegd. ‘Je wilt eigenlijk zo snel en zo veel mogelijk vastleggen, maar tot nu toe zijn de opsporingsmethoden conventioneel,’ aldus Tjark Tjin-A-Tsoi, NFI-directeur. Is er een moord gepleegd, dan transformeert een onderzoeksteam de plaats delict zo goed mogelijk tot een stapel papier: foto’s van alles (met nummertjes en linialen erbij), plaatjes van gevonden vingerafdrukken, enzovoort. In de rechtszaal moeten de aanklager en de verdediging van de verdachte dan vaak bediscussiëren of het bewijsmateriaal wel solide in elkaar steekt. Bij Knox werd het mes uiteindelijk als bewijsmateriaal uitgesloten, omdat het niet op de plaats delict gevonden was.

Het NFI startte in 2009 met een groep hightech bedrijven de ontwikkeling van een nieuwe manier van bewijsvoering. Het principe is eenvoudig: leg zoveel mogelijk van de plaats delict vast en leen daarvoor technologie uit andere expertises. Leer forensisch onderzoekers daarna hoe ze met die technieken moeten omgaan in een laboratorium.

Link CSI-The-Hague spread

Het resultaat is indrukwekkend. Zo beschikt het lab nu bijvoorbeeld over een bril, die vastlegt wat de forensisch onderzoeker die ’m draagt, ziet. Tegelijkertijd geven experts die even verderop op een scherm met de onderzoeker meekijken via een oormicrofoontje aanwijzingen aan de onderzoeker. Ook is een warmtecamera ontwikkeld die nauwkeurig kan registreren of er nog warmtesporen op de plaats delict aanwezig zijn. Heeft iemand op een stoel gezeten? De stoel blijft nog uren meetbaar warm. En ook al zo fancy: een camera die eruitziet als een gewone handycam. Het verschil is dat een gewone videocamera altijd maar drie kleuren licht registreert: blauw, groen en rood. Deze spectrocamera registreert een paar honderd tinten. De camera kan door z’n fijnzinnigheid zelfs op een rood sprei niet alleen bloedsporen ontdekken, maar ook vaststellen hoe lang het bloed er al ligt. Een andere nieuwe tool is een camera die 3D-opnamen kan maken van een plaats delict.

O.J. Simpson en bewijsmateriaal

Het lab is ingericht als een oer-Hollandse straat met dito burgerlijke huisjes. Wie er binnengaat, treft bijvoorbeeld in de woonkamer een met bloed besmeurde paspop, en na enig zoeken een mes in de slaapkamer. Buiten de huisjes kan met grote schermen een ‘straat’ worden nagebootst inclusief dienders die het verkeer regelen en toegestroomd publiek. Dat het lab er ‘net echt’ uitziet heeft twee redenen.

Ten eerste zijn al die hightech snufjes indrukwekkend, maar voor ze echt als bewijs kunnen dienen in een rechtszaal, moeten rechters en advocaten overtuigd zijn van de geldigheid van zulk bewijs. Dat is niet voor niets: in de meeste rechtsstaten geldt dat iemand onschuldig is, tenzij het tegendeel overtuigend bewezen is. Een van de eerste rechtszaken waar DNA-sporen als bewijsmateriaal dienden, was die van de moord op Nicole Brown Simpson en haar minnaar Ronald Goldman, waarbij O.J. Simpson met zijn advocaten de betrouwbaarheid van zulk bewijsmateriaal vele malen aanvocht. Niemand zit erop te wachten dat een moordenaar vrijuit gaat omdat de spectrocamera ondeugdelijk blijkt. ‘Maar het Openbaar Ministerie vraagt steeds meer naar objectief bewijs,’ stelt projectleider Andro Vos van CSI The Hague. Het lab laat zien wat er mogelijk is, maar ‘het is niet aan ons om te bepalen wat deugdelijk is,’ zegt Vos.

Simulatiesoftware

Ten tweede moeten forensisch onderzoekers leren omgaan met nieuwe technieken. Het lab is een trainingsmogelijkheid voor rechercheurs. Zo kan een rechercheteam ‘ter plaatse’ recherchewerk verrichten. Simulatiesoftware bepaalt welk misdrijf er is gepleegd en welke rekwisieten het NFI vooraf moet plaatsen. De oefening begint bij de aankomst in de virtuele ‘straat’, waarna de recherche de woning in real life kan doorzoeken. Camera’s in het lab leggen dan nauwkeurig vast waar iedereen is en welke technieken ze gebruiken. Uit die camerabeelden blijkt gauw genoeg of rechercheurs het onderzoek goed uitvoeren. Daarmee is het lab zowel een onderzoeksfaciliteit om nieuwe onderzoekstechnieken te ontwikkelen en te verfijnen, als een trainingsfaciliteit voor (nieuwe) forensisch onderzoekers.

Nieuwe CSI-technieken aanleren

Training is bij forensische onderzoekstechnieken essentieel. ‘Forensisch onderzoeker is zo’n beroep waarin je pas na een paar jaar goed wordt. Het is eigenlijk heel ambachtelijk werk,’ vertelt Herman de Bruine. ‘De beste forensisch onderzoekers zijn om die reden meestal de oude rotten in het vak: zij hebben er al heel wat oefening op zitten.’

De Bruine doceert aan de opleiding Integrale Veiligheidskunde en vormt de linking pin met De Haagse in het CSI The Hague-project. Hij doet onderzoek naar leren in organisatieculturen. Bij het introduceren van nieuwe forensische technieken zou dat nog weleens een probleem kunnen worden, want als je een nieuwe techniek introduceert, is iedereen weer beginner. En als het hightech is, hebben de jonkies het meestal sneller door dan die oude rotten. ‘De verhouding op de werkvloer verandert. Dat zie je vaak met het invoeren van nieuwe technieken. Nu denken we vaak dat als mensen problemen ondervinden bij de introductie van nieuwe werkmethoden, dat individuele problemen zijn. Dat is niet zo. Het is een probleem dat besloten ligt in de organisatiecultuur.’

Rechercheurs

In sommige organisaties bestaat van nature respect voor elkaars kwaliteiten. In andere organisaties moeten alle individuele leden voldoen aan een (hoge) standaard. In die groep verwacht De Bruine veel meer problemen wanneer zo’n groep moet omgaan met een nieuwe techniek. ‘Het was het NFI ook opgevallen als er rechercheurs komen oefenen in het CSI-lab: de ene groep heeft het als groep veel sneller onder de knie dan de andere groep. In de ene groep leren mensen van elkaar, en is er weinig schroom om hulp te vragen. In andere groepen liep dat veel stroever. Dus nu trainen we groepen tijdens het leren omgaan met nieuwe technieken, ook op de sociale aspecten die daarbij komen kijken.’

Tegelijkertijd is de training een manier om ook de betrouwbaarheid van in de veiligheidssector werkende groepen te vergroten. Hoe beter een groep in staat is met fouten om te gaan en ervan te leren, hoe betrouwbaarder zo’n groep wordt. ‘Dat is dus niet alleen een kwestie van hightech apparatuur, maar ook van een team dat er adequaat mee om weet te gaan,’ aldus De Bruine.

Dit verhaal verscheen eerder in:

Link magazine van de Haagse Hogeschool

magazine voor studenten en medewerkers van De Haagse Hogeschool

Reportage uit het laserlab: Het zuivere licht

Laser. Menigeen kent het van spelletjes en science fiction films. Ook iedere cd-speler heeft een laser aan boord. Maar je kunt er ook prachtig wetenschappelijk onderzoek mee doen.

door René Rector

De VU heeft het grootste laserlaboratorium van Nederland en het geniet ook internationale faam. Het ontstond begin jaren negentig, toen atoomfysica, fysische chemie en biofysica allemaal met wetenschappelijke puzzels zaten die je met laserlicht goed kon oplossen. Inmiddels komen onderzoekers uit de hele wereld naar Amsterdam om er onderzoek te doen en maakt het Laserlab deel uit van een groot Europees laseronderzoeksconsortium.

Laser is zo handig, omdat het in meerdere opzichten heel precies werkt. Laserpulsen kunnen heel kort zijn; laserlicht kan heel zuiver van kleur zijn. Dat maakt het een precisie-instrument voor wetenschappelijk onderzoek. Het lukte de VU met laser als een van de eerste universiteiten een Bose-Einsteincondensatie te realiseren: een heel koude toestand van stoffen die in 1926 al door Albert Einstein was voorspeld, maar die tot 1995 nog nooit door iemand was verkregen.

Behalve wetenschappelijk baanbrekend kan laseronderzoek ook nuttig zijn. Zo is het onmisbaar bij het maken van sommige medicijnen. Ytterbium is een chemisch element dat in verschillende varianten (isotopen) voorkomt. Hun chemische eigenschappen zijn vrijwel identiek, maar de isotopen reageren wel verschillend op laserlicht. Voor medische toepassingen is een heel zuiver poeder met ytterbium-176 nodig: alle andere isotopen zijn voor medisch gebruik schadelijk.

Door een gaswolkje ytterbium met heel zuiver laserlicht te beschijnen, raakt ytterbium-176 elektrisch geladen, terwijl met de andere isotopen niets gebeurt, omdat die op een net weer andere kleur licht reageren. Een metalen plaatje onder elektrische spanning trekt het geladen ytterbium-176 uit de gaswolk. Omdat isotopen chemisch gelijk zijn, is het bijna onmogelijk om ze op een andere manier dan met deze truc te scheiden.

VU-Het-zuivere-licht-spread1

Startschot en finishfoto

Marloes Groot gebruikt lasers om erachter te komen hoe eiwitten precies werken. Sommige eiwitten kunnen heel snel een chemische reactie uitvoeren, maar doen dat pas als er licht op valt. Planten bijvoorbeeld, hebben een lichtgevoelig eiwit dat helpt bij het in elkaar zetten van chlorofyl, de stof die ze gebruiken om lichtenergie om te zetten in chemische energie. Die reactie gaat te snel om te bestuderen: als in een plantencel de bouwstoffen en eiwitten dicht genoeg bij elkaar in de buurt zitten, klikken de verschillende onderdelen bijna vanzelf aan elkaar. Maar als je alle ingrediënten in het donker mengt, kun je met een laserflits de reactie zelf starten, en dan kun je er ook onderzoek naar doen.

Groot maakt daarom vooraf het benodigde mengsel, en stuurt daar met enkele femtoseconden pauze (enkele miljoensten van een miljoenste van een duizendste seconde) twee laserpulsen doorheen. De eerste, witte puls start de reactie. De tweede puls is gekleurd en ‘fotografeert’ wat de eerste puls gedaan heeft. De truc werkt zo precies, dat Groot afhankelijk van de kleur van de puls kan zien welke onderdelen van een eiwit meedoen aan de reactie en welke niet.

Het resultaat is elementaire kennis over hoe eiwitten hun werk doen. Zo blijkt uit het onderzoek dat de aanmaak van chlorofyl in tempo toeneemt als er meer licht is. Dat is handig: de plant steekt op die manier alleen maar energie in de aanmaak van chlorofyl als er ook daadwerkelijk licht is om het te kunnen gebruiken.

VU-Het-zuivere-licht-spread2Handen en voeten onder de loep

Elke cel bevat dna – de stof waarin al onze erfelijke eigenschappen liggen opgeslagen. Als een cel deelt, wordt eerst al die erfelijkheidsinformatie gekopieerd, zodat elke helft de volledige informatie mee kan krijgen. Het verdelen van het dna gebeurt met behulp van een miniatuurraamwerk in de cel, waarlangs de ene portie DNA naar de ene kant wordt getrokken, terwijl de andere de andere kant uit gaat. Niemand weet precies hoe dat trekken gebeurt, maar Erwin Peterman, Lukas Kapitein en Christoph Schmidt ontrafelen het proces stap voor stap met laserlicht, samen met celbiologen van de Rockefeller universiteit in New York.

Het is niet zomaar leuke kennis voor bij de borreltafel: chemokuren tegen kanker zijn meestal gebaseerd op het stoppen van celdeling. Kanker is namelijk ongecontroleerde celdeling, waardoor een tumor ontstaat. Chemokuren maken nu echter het miniatuurraamwerk in alle cellen stuk, terwijl het voor veel meer wordt gebruikt dan alleen celdeling. Vandaar dat patiënten er zoveel bijwerkingen van hebben. Peterman onderzoekt met lasers een medicijn dat veel gerichter op celdeling zou kunnen werken.

Bij celdeling speelt het eiwit eg5 een hoofdrol. Dit eiwit ziet eruit als een X, die met z’n handen en voeten de ‘steigerpijpjes’ van het raamwerk naar elkaar toe trekt, en is alleen betrokken bij celdeling. Peterman: “Als je eg5 kunt lamleggen, kun je een medicijn ontwikkelen dat echt alleen maar de celdeling uitschakelt, waardoor de groei van een tumor stopt.” De onderzoekers maken gebruik van verschillende kleuren laserlicht, en markeren raamwerk en eg5 met fluorescente kleurstoffen. Vervolgens filmen ze hoe en onder welke voorwaarden eg5 z’n werk doet. Een gewone microscoop schiet daarbij tekort, omdat de kleurstoffen licht van een heel zuivere kleur vereisen. Die zuiverheid bereik je alleen met laser.

Twisten over nul of één

Een controverse? Dat kan niet. Niet in de theoretische natuurkunde. Dat vakgenoten al veertig jaar over elkaar heen vallen, was professor Adri Lodder een doorn in het oog. Het laatste jaar van zijn academische loopbaan zocht hij een oude twist tot op de bodem uit. Vorige maand verscheen zijn artikel in Physical Review. Het moet de strijd definitief beslechten.

Tekst René Rector, Sciencestories.nl

Waar ging het nu eigenlijk om? Als je een stroomdraad onder spanning zet, dan wil dat eigenlijk zeggen dat er elektronen van de negatieve anode naar de positieve kathode gaan bewegen. Stop je ongeladen stoffen in zo’n draad, dan worden die net als een zeilboot richting de positieve kant geblazen. De elektronen fungeren dan wind. Maar wat gebeurt er als je deeltjes met een positieve lading in de stroomdraad brengt?

Wetenschappelijke twist

Theoretici kwamen er niet goed uit. Aan de ene kant verwacht je dat ze net als ongeladen stoffen naar de kathode geblazen worden. Aan de andere kant worden ze door hun positieve lading aangetrokken door de anode. Sommige theoretici berekenden dat de aantrekkingskracht groter zou zijn, anderen becijferde dat de wind harder zou waaien en positieve deeltjes door al die elektronen om hen heen eigenlijk elektrisch neutraal zouden zijn. De twist draaide dus om de vraag: is een positief geladen deeltje in zo’n elektrisch veld neutreaal of niet? Nul of één, that’s the question.

Lodder berekende hoe het ‘blazen’ door de elektronenwind eigenlijk werkt en hoe een positief deeltje zich in een elektrisch veld gedraagt. Maar los van het antwoord is zijn zoektocht een prachtig voorbeeld van hoe wetenschappelijke controverses zich ontwikkelen.

Overigens: zijn antwoord, onomstotelijk: het is nul. Positief geladen deeltjes worden net als neutrale deeltjes weggeblazen.

Het hele verhaal verscheen eerder in:

eos maandblad over wetenschap

Geoloog Jan Smit: “Waarom moet alles zo nodig maatschappelijk relevant zijn?”

De meteorietinslag die een eind maakte aan het dinosaurustijdperk loopt als een rode draad door zijn wetenschappelijke loopbaan. Paleontoloog en geoloog Jan Smit was op een haar na de geestelijk vader van de inslagtheorie, maar vakgenoot Walter Alvarez was hem net voor. Zijn commentaar: “Iemand moet de eerste zijn.”

Tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Smit kwam de eigenaardigheid op het spoor in 1974: afzettingslagen die tot vlak voor de inslag nog vol fossielen zaten, waren op 65 miljoen jaar oud ineens leeg. En daarna waren er heel andere fossielen. In het overgangslaagje bevatte nikkel en chroom, maar Smit kreeg de eindjes niet aan elkaar.

Dat lukte Alvarez in 1980 wel: hij vond iridium in de overgangslaag – een mooie tracer voor meteorieten. “Op zich jammer om tweede te zijn en niet eerste”, stelt Smit nuchter. “Het zou sneuer zijn als ik al een artikel op de planken had liggen, maar ik kreeg het verhaal niet rond.”

Inslagkrater

Na 1980 ging Smit op zoek naar de inslagkrater, een speurtocht die lang geplaagd werd door gebrek aan financiën. Zijn relaas biedt een mooi inkijkje in de financiering van wetenschap, en zijn alom aanwezige drive om te willen weten om het weten, niet omdat het nuttig is.

Dit verhaal verscheen in Natuur en Techniek, een voorloper van:

NewScientist

Sarka Jiraskova: ‘Uiteindelijk is eenzaamheid daar je grootste vijand’

Sarka Jiraskova wilde graag een korte buitenlandstage: twee maanden onderzoek naar biologische brestrijding van een woekerende watervaren in een Senegalese rivier. Ze bleef echter meer dan een jaar weg, om pelikanen te leren achter een microlight (een deltavlieger met een motortje). Die training, van pelikanen Simpson en Karcher, leidde tot een publicatie in Nature over de energie-efficiëntie van het vliegen in formatie – een knappe prestatie voor de masterstudente.

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Het vliegen achter een microlight was nodig om goede filmompnamen te kunnen maken voor de film Winged Migration (of: Travelling Birds). Tegelijkertijd onderzocht het team hoe pelikanen eigenlijk vliegen. In een openhartig interview vertelde Jiraskova hoe onderzoek in een multinationaal onderzoeksteam in de tropen te werk gaat, hoe het lukte om de pelikanen te filmen en hoe de bestrijding van de watervaren volledig mislukte omdat de Senegalese regeringsvertegenwoordigers een mooie foto in de krant belangrijker vonden dan het gecontroleerd uitzetten van de snuitkevers die de waterplant moesten gaan opeten.

Dit verhaal verscheen in Natuur en Techniek, een voorloper van:

NewScientist