The Mind of the Universe (7): De Zoeker
Frederique Melman reist af naar Rusland, waar een kerngeleerde jaagt op nieuwe chemische elementen. Het jachtseizoen op de 'superheavies' is geopend.
Het is een ijskoude maandagochtend in de Russische stad Dubna. Voor de poort van het zwaarbeveiligde terrein van het Joint Institute for Nuclear Research staat een lange rij auto’s met draaiende motoren te wachten. Na een kwartier is het busje aan de beurt waarin kerngeleerde Yuri Oganessian (1933), zijn chauffeur Sergej en ik zitten. De stalen poort schuift langzaam open. Een roodharige, vrouwelijke militair – norse blik, bontmuts, machinegeweer los over de schouder – stapt naar voren en controleert de papieren die Sergej haar overhandigt. Haar mannelijke collega inspecteert ondertussen de onderkant van het voertuig met een spiegel. De vergelijking met een James Bond-filmset is makkelijk gemaakt. ‘Er ligt hier zeventig kilo plutonium opgeslagen,’ zegt Oganessian, die wetenschappelijk directeur is van het Fljorov Laboratorium, een van de zeven nucleaire onderzoeklabs op het terrein. ‘Je snapt dus wel waar deze veiligheidsmaatregelen voor nodig zijn.’ Nikita knikt. Een opstaande klep knalt omlaag, een slagboom gaat omhoog. We zijn binnen.
Al 55 jaar maakt Oganessian jacht op nieuwe chemische elementen. Een erudiete man met pretogen achter dikke brillenglazen, charmant als George Clooney, een slavendrijver voor zijn personeel als het moet. Eerst werkte hij als protegé van kerngeleerde Georgij Fljorov, een nationale held over wie hij nog steeds met grote bewondering praat. Later werd hij zijn opvolger. Het was Oganessians inventiviteit die eind jaren negentig tot een grote doorbraak in dit vakgebied leidde. Dus waarom kreeg zijn Amerikaanse concurrent Glenn Seaborg wél een Nobelprijs voor zijn onderzoek naar nieuwe chemische elementen? Waarom viel Seaborg bovendien een nóg grotere eer ten deel: een element dat zijn naam draagt, seaborgium? Die eenzijdige erkenning steekt, weet Oganessians rechterhand, Alexander Popeko, een man met de weemoedigste donkerbruine ogen ooit. ‘Hij zal het zelf nooit toegeven, maar hij zoekt erkenning. Jaar in, jaar uit dragen collega’s Yuri voor aan het Nobelprijscomité. Tevergeefs, tot nog toe. En de tijd dringt. Hij is al 83.’
©
Frederique Melman / VPRO
Oganessians deeltjesversneller: Om nieuwe elementen te ontdekken, moet je atomen in deeltjesversnellers op elkaar knallen.
Rivaliteit
1942, het begin van de Grote Vaderlandse Oorlog. Het valt de ambitieuze kernfysicus Georgij Fljorov op dat wetenschappelijke publicaties over nucleair onderzoek internationaal volledig drooggevallen zijn en hij vermoedt het bestaan van een geheim Amerikaans atoomprogramma. In gepassioneerd geschreven brieven dringt hij er bij Jozef Stalin op aan het nucleair onderzoek in de Sovjet-Unie te hervatten. De rest is, zoals ze zeggen, geschiedenis. Stalin zal hem voor zijn vasthoudendheid belonen met een datsja (buitenhuisje) en een nucleair onderzoekslab: het Fljorov Laboratorium voor Nucleaire Reacties in Dubna. Die stad aan de Wolgarivier, even ten noorden van Moskou, is een typische naoekograd. Een wetenschapsstad, door goelagkrijgsgevangenen uit de grond gestampt. Hier leggen Fljorov en zijn leerling Yuri Oganessian zich toe op de jacht op nieuwe chemische elementen.
Tot 1940 is de wereld van de elementen lekker overzichtelijk. Alle in de natuur voorkomende elementen zijn dan in kaart gebracht op basis van hun atoomgewicht. Van de lichtste atomen – waterstof (nr. 1), helium (nr. 2) en lithium (nr. 3) – tot en met het zwaarst in de natuur voorkomend element, uranium (nr. 92). De Rus Dmitri Mendelejev heeft ze netjes gerangschikt in het periodieke systeem der elementen, de tabel die in elk scheikundelokaal hangt. Maar wat volgt na uranium? ‘Om dat te weten,’ zegt Oganessian, ‘moet je de elementen zelf maken. In de natuur vind je ze niet. Ze zijn zo instabiel dat ze de miljarden jaren aardse evolutie niet overleefd hebben.’
Het is de Amerikaanse kernfysicus Glenn Seaborg die de twijfelachtige eer heeft plutonium (nr. 94) te maken, de brandstof voor de atoombom die tijdens WO II op Nagasaki zou vallen. Ook de Russen azen op nieuwe elementen. De rivaliteit tussen de machtsblokken is ook in de wetenschap onverminderd groot. Aan beide kanten van de Atlantische Oceaan laten kernfysici atomen in deeltjesversnellers op elkaar knallen in een poging ze te laten samensmelten tot nieuwe, zwaardere elementen. Onder leiding van Seaborg maken de Amerikanen elementen 95 tot en met 101. Zowel de Russen in Dubna als de Amerikanen claimen vervolgens elementen 102 tot en met 106. Maar die zware jongens leven steeds korter. Hoe hoger het atoomgetal, des te sneller vallen de instabiele atomen uit elkaar tot atomair puin. Als natte, atomaire scheten. Dat gaat zo door. Tot de creatie van element 114.
Steen der wijzen
‘Kom binnen.’ Oganessian houdt de entreedeur van zijn gigantische laboratoriumcomplex voor me open. De moderne alchemist wil laten zien waar hij zijn nieuwe elementen maakt. Hij voert me mee naar het hart van het complex, door lange gangen met loszittend pleisterwerk en systeemplafonds met vochtplekken. ‘Waar wij kern-fysici jacht op maken,’ zegt hij met een twinkeling in zijn ogen, ‘is het eiland van stabiliteit.’ De theorie voorspelt dat als elementen nóg zwaarder worden, ze op een bepaald punt weer stabieler worden en langer zullen leven dan de eendagsvliegen die hun iets lichtere atomaire broeders zijn. Oganessian: ‘Het zijn deze superheavies waar we op jagen.’ Exotische elementen met eigenschappen en mogelijke toepassingen waar we alleen nog maar van kunnen dromen.
‘Dr. Oganessian!’ Vanuit de verte komt een man met wapperende labjas ons door de lange gang tegemoetgestept. ‘Groen licht, het experiment is stilgelegd, we kunnen naar binnen,’ zegt technicus Boris en hij ontgrendelt een tweeduizend kilo wegende deur. ‘Uitgesneden uit een afgedankte nucleaire onderzeeër,’ vertelt de man met een huid zo wit dat hij bijna licht geeft. ‘Die deur moet voorkomen dat eventueel “rondzwevende” elementaire deeltjes ontsnappen.’ Geruststellend.
We betreden een loods maatje vliegtuighangar met in het midden een kubistische opstelling van rode, blauwe en gele betonblokken. Achter dit betonnen schild staat Oganessians steen der wijzen: de U400M, een deeltjesversneller uit 1993. Hier laat de Rus radioactieve atomen op elkaar knallen in de hoop dat ze samensmelten tot nieuwe materie. ‘We hebben zware tijden gehad,’ vertelt Oganessian terwijl we weer naar buiten lopen en Boris de gepantserde deur gelukkig weer achter ons sluit. ‘In 1990 overleed Fljorov, de Sovjet-Unie stortte in, geldstromen droogden op, salarissen konden niet betaald worden. Hoe moest ik verder, in de voetsporen van de grote Fljorov?’
'Ik heulde met de vijand en spendeerde in een land dat op zijn gat lag bakken met geld aan een experiment waarvan ik niet wist of het zou werken.'
Keerpunt
Oganessian besloot het roer radicaal om te gooien en bedacht een nieuw recept om het ‘eiland van stabiliteit’ te vinden. Hij zou zeldzame calciumatomen met twintig protonen op plutoniumatomen met 94 protonen laten knallen in een nieuwe deeltjesversneller. Plutonium met genoeg neutronen om 114 protonen in de atoomkern bij elkaar te binden. Maar de enige manier om aan die zeldzame atomen te komen, was vrede sluiten met de vijand. De labs die ze konden leveren, waren zijn Amerikaanse aartsrivalen van het Lawrence Livermore National Laboratory en het Oak Ridge National Laboratory. ‘Ik heulde met de vijand en spendeerde in een land dat op zijn gat lag bakken met geld aan een experiment waarvan ik niet wist of het zou werken. Weet je hoe moeilijk die tijd was? Er ging geen dag voorbij dat ik niet aan mezelf twijfelde,’ zegt Oganessian in een zeldzaam kwetsbaar moment.
Het is 1998. Van ’s ochtends tot ’s avonds, zelfs op zondag, controleert Oganessian de nieuwe opstelling. Op een dag in november slaan de meters in de controlekamer uit. Eindelijk. Eindelijk heeft zijn deeltjesversneller één atoom, element 114, ge-creëerd. Oganessian gooit zijn handen weer in de lucht. ‘Ik was euforisch!’ Al viel het atoom al na enkele seconden uit elkaar, belangrijker was dat er een keerpunt bereikt was. 114 leefde langer dan zijn broers 112 en 113. ‘Eindelijk hadden we – na een lange vaart over een denkbeeldige zee van instabiele elementen – het eiland van stabiliteit ontdekt.’
Oganesson
Aartsrivalen worden hierna nieuwe bondgenoten. Oganessian werkt tot op de dag van vandaag samen met de Amerikanen. En met succes. De ontdekking van elementen 115, 116, 117 en 118 volgt. Thuis, in zijn pastelgele huis aan de Fljorovstraat, blijkt dat de affectie voor Amerika nóg dieper zit. Aan de muur een cowboyhoed, op de plank een uitgebreide collectie countrymuziek. ‘Ik kom graag in Texas, mijn oudste dochter woont er trouwens.’ Hij vertelt over een brief van de IUPAC, de organisatie die namen toekent aan nieuwe elementen. Volgens goed gebruik mag de ontdekker, het Rusland-Amerika-team, suggesties doen voor de namen van de nieuwste elementen. ‘Een serieuze aangelegenheid,’ aldus Oganessian. ‘Daar kunnen jaren overheen gaan.’
Op naar 119? ‘We hebben voet aan land gezet van het eiland van stabiliteit. Nu moeten we de berg beklimmen die voor ons ligt.’ Daarvoor is een deeltjesversneller met nog meer kracht nodig. Eind 2017 zal Oganessian de deuren openen van zijn gloednieuwe Super Heavy Element Factory, een superkrachtige versneller die in aanbouw is op het terrein naast zijn lab. ‘Maar het ware eiland van stabiliteit’, zegt algemeen directeur Sergey Dmitriev, die zich bij het gezelschap heeft gevoegd, ‘is de stad Dubna zelf. Bestendig tegen decennia Russische politieke instabiliteit en stupiditeit.’ Terug in Nederland volgt het nieuws dat element 118, een edelgas, een nieuwe naam heeft: oganesson. Het is pas de tweede keer in de geschiedenis dat een wetenschapper bij leven deze grote eer toekomt.