Nasser Kalantar verandert lood in kennis

De oude alchemisten droomden ervan lood in goud te veranderen. Maar kernfysicus Nasser Kalantar-Nayestanaki heeft een andere droom: hij wil weten hoe 82 protonen en 126 neutronen samen de kern van een lood-atoom kunnen vormen. Die droom jaagt hij al ruim twintig jaar na bij het KVI-CART onderzoeksinstituut van de RUG.

^{Tekst: René Fransen / Foto's: Elmer Spaargaren}

Lood is zwaar, dat weet iedereen. Maar lood is ook nog eens het zwaarste stabiele element. En wie op de middelbare school natuurkunde heeft gedaan weet dat het lood-atoom, net als alle andere atoomkernen, bestaat uit positief geladen protonen en ladingloze neutronen. Wie dieper in de natuurkunde is gedoken, zal weten dat protonen zelf weer bestaan uit drie zogeheten quarks. Maar hier wordt het een beetje raar: we kennen de massa van die drie quarks, maar een proton is maar liefst honderd keer zwaarder.

Botsingen

Nasser Kalantar (Iran, 1960), vertelt in zijn kantoor in het onderzoeksinstituut KVI-CART op de Zernike Campus over atomen en hoeveel we eigenlijk niet weten. ‘Ik werk hier sinds 1993, toen de deeltjesversneller AGOR nog in aanbouw was. Ik heb enkele van de eerste experimenten met dat apparaat gedaan, waarbij ik de remstraling mat die ontstond door proton-proton botsingen.’ Die botsingen produceren fotonen (lichtdeeltjes), die informatie bevatten over de aard van de interactie tussen de protonen. ‘In de grote deeltjesversneller van CERN, de Large Hadron Collider, vinden dat soort botsingen ook plaats maar bij een veel hogere energie. Daardoor klappen de protonen uit elkaar en ontstaan nieuwe deeltjes. Zo is het Higgs-deeltje ontdekt, maar dat soort botsingen vertellen je niets over de protonen zelf.’

Instabiele kernen

Via de protonen ging Kalantar zich bezighouden met atoomkernen. Er zijn ongeveer driehonderd stabiele atoomkernen, maar een veelvoud aan instabiele atomen die op termijn vervallen. Dat kan miljarden jaren duren, zoals bij uranium, of een fractie van een seconde. ‘We hebben nu ongeveer drieduizend van dit soort instabiele atoomkernen bestudeerd, maar er zijn ongeveer even veel instabiele kernen die nog nooit zijn waargenomen.’ Natuurkundigen hebben inmiddels dus gegevens over een hele reeks atoomkernen, maar het ontbreekt nog aan een formule die beschrijft hoe protonen en neutronen samen zo’n kern vormen. Kalantar laat een grafiek zien waarin kernen zijn uitgezet op basis van het aantal protonen en neutronen die ze bevatten. ‘Je kunt verschillende aantallen neutronen toevoegen aan een bepaald aantal protonen, maar daar zit een grens aan. Alleen hebben we geen formule die laat zien welke kernen kunnen bestaan, we werken met modellen gebaseerd op waarnemingen. En die modellen geven verschillende uitkomsten en bevatten nog veel onzekerheden.’

Dromen van lood

Als experimenteel natuurkundige verzamelt Kalantar nieuwe informatie over kernen om de modellen te verbeteren. ‘Op dit moment kunnen modellen die op fundamentele principes gebaseerd zijn een betrekkelijk nauwkeurige beschrijving geven van kernen die uit ongeveer veertig deeltjes bestaan. Dat is een enorme vooruitgang vergeleken met twintig jaar geleden. Maar het is nog steeds niet mogelijk de interacties tussen al die deeltjes nauwkeurig berekenen.’ Met betere modellen en snellere computers kunnen we misschien over tien tot twintig jaar volledig begrijpen hoe een loodkern in elkaar zit, denkt hij. ‘Het begrijpen van lood op basis van fundamentele interacties van de deeltjes in de kern is de droom die ik mijn hele carrière al heb.’ Die droom begon toen hij zijn bachelor in Natuurkunde en Wiskunde deed in de VS. ‘Ik kwam min of meer bij toeval in de kernfysica terecht, via een hoogleraar die ik ontmoette. We konden het goed met elkaar vinden en ik deed een afstudeeronderzoek bij hem.’ Persoonlijke relaties zijn belangrijk voor Kalantar. ‘Zelfs in dit digitale tijdperk is het belangrijk om mensen in het echt te ontmoeten.’

Van MIT naar Groningen

Nadat hij een Master aan de Brown University had afgerond deed hij promotieonderzoek aan het Massachusetts Institute of Technology in Boston. ‘Tegen het einde van dat traject was ik getrouwd, en samen besloten we naar Europa te gaan. Het culturele en politieke klimaat daar lag ons beter.’ Zo kwam de familie Kalantar in Nederland terecht. Na een postdoc aanstelling bij het Nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef kreeg Kalantar een vaste aanstelling bij de VU. En toen kwam Groningen in beeld. ‘Ik kreeg een subsidie om experimenten te gaan doen met de nieuwe deeltjesversneller AGOR van het KVI, die toen nog in aanbouw was.’ In 1993 verhuisde het gezin naar Groningen en daar wonen en werken ze nog steeds. ‘Ik werk hier met plezier’, zegt Kalantar. ‘De steun van het College van Bestuur heb ik altijd op prijs gesteld.’ Kalantar was verbonden aan het KVI (Kernfysisch Versneller Instituut), dat destijds werd gefinancierd door de RUG en onderzoekstichting FOM, nu onderdeel van NWO. In 2014 was alle FOM-subsidie aan het KVI beëindigd. ‘Het College van Bestuur van de RUG is ons toen te hulp geschoten en zorgde dat het KVI open kon blijven.’ Het KVI kreeg zo een nieuw leven en ging verder als KVI-Center for Advanced Radiation Technology (Centrum voor geavanceerde bestralingstechnologie), afgekort KVI-CART.

Donkere wolk

Enkele jaren hiervoor hing er een andere donkere wolk boven de loopbaan van Kalantar. De Nederlandse regering besloot toen dat Iraanse burgers – maar ook burgers met een gecombineerde Nederlands/Iraanse nationaliteit – niet langer bepaalde instellingen die te maken hadden met kennis over kerntechnologie mochten bezoeken. Ook konden ze geen studies volgen die te maken hadden met kerntechnologie of proliferatietechnieken. Kalantar was op dat moment al Nederlands staatsburger, maar had nog steeds een Iraans paspoort. ‘Het is extreem ingewikkeld om je Iraans staatsburgerschap kwijt te raken.’ Zijn twee zoons, die in Nederlands zijn geboren, kregen automatisch een dubbele nationaliteit. ‘Dit besluit betekende dat zij niet volledig vrij waren in hun studiekeuze. En ik kon bijvoorbeeld niet meer op bezoek bij de hoge flux kernreactor in Petten.’ Kalantar besloot om het overheidsbesluit aan te vechten, samen met twee andere Iraniërs. ‘Die procedure hebben we glansrijk gewonnen, tot aan de Hoge Raad aan toe. Maar het was een donkere periode. Aan de andere kant was het ook een overwinning voor de vrijheid van onderwijs.’

Sociaal actief

Kalantar heeft zich de Nederlandse manier van leven eigen gemaakt. ‘Ik denk dat mijn werkhouding zeer zeker Nederlands is, ik ben erg gedisciplineerd.’ Maar in persoonlijke contacten blijft hij Iraniër. Lachend: ‘In een gesprek leg ik vaak een hand op iemands schouder. En ik sta op als er iemand de kamer binnenkomt. Bovendien zal ik nooit met mijn rug naar een ouder persoon gaan zitten.’ Iran is nog steeds een belangrijke factor in zijn leven, hij bezoekt er zijn familie ten minste een keer per jaar. Hoewel wetenschap zijn grote passie is, is Kalantar ook actief in de gemeenschap. Hij werd in 2001 benoemd in de Minderhedenraad van de gemeente Groningen, waar hij mee praatte over allerlei sociale onderwerpen. Vier jaar lang was hij voorzitter van dit orgaan, dat de gemeenteraad van advies voorzag.

Kleine versie CERN

Maar tegenwoordig zit hij veel in het buitenland voor zijn werk. Kalantar is betrokken bij een groot consortium van kernfysici die een soort kleine versie van CERN bouwen bij het GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt (Duitsland). Die gaat bundels deeltjes produceren met lagere energie maar een hogere intensiteit dan CERN. ‘De afgelopen vier jaar was ik woordvoerder van NUSTAR, een onderzoeksprogramma dat onder meer zal bestuderen hoe de elementen zijn ontstaan’, legt hij uit. Binnen dit programma werken ongeveer achthonderd wetenschappers die 180 onderzoeksinstituten vertegenwoordigen uit 39 landen. ‘Hier bij het KVI-CART bouwen we detectoren die in Darmstadt gebruikt gaan worden’, vertelt Kalantar. Hij gaat daar bijvoorbeeld de samendrukbaarheid van kernen bestuderen met behulp van een secundaire deeltjesbundel die uit de versneller komt. Die versneller, nu nog in aanbouw, krijgt een diameter van 1,1 kilometer. ‘Ook deze metingen zullen de modellen verbeteren waarmee we beschrijven hoe protonen en neutronen samen een kern vormen. In combinatie met andere projecten waar ik ook bij betrokken ben, zullen we dan gaan begrijpen hoe elementen zich vormen in sterren en wat sommige eigenschappen van die sterren zijn.’ Het lijkt erop dat Kalantar nog heel wat jaartjes verder kan in Groningen.

Meer informatie
Nasser Kalantar