In de jaren dat hij werkte als hoogleraar experimentele natuurkunde in Glasgow zag hij de bui al hangen. En toen de Britten daadwerkelijk stemden voor een vertrek uit de EU, besloot het gezin Hild ook zijn biezen te pakken. Het Verenigd Koninkrijk waar hij twaalf jaar geleden met zijn vrouw was neergestreken, waar hun twee kinderen zouden opgroeien, waar hun grafsteen zou staan, was voorgoed veranderd.
De knoop was nog niet doorgehakt of zijn oog viel op de Maastrichtse vacature voor een hoogleraar zwaartekrachtgolven. Hild had natuurkunde gestudeerd in Hannover, waar hij als student bijkluste in de experimentele zwaartekrachtdetector GEO 600. Daar stond hij op een ladder de zogeheten cleanrooms te verven (waar de proefmetingen plaatsvinden), en eenmaal afgestudeerd deed hij er onderzoek.
Bij zijn vertrek uit Glasgow boden meerdere universiteiten hem onderdak, maar hij koos voor Maastricht. Waarom? Vanwege de “unieke kans” om het testcentrum ETpathfinder op poten te zetten, om nieuwe ideeën en toepassingen te testen voor de toekomstige generatie zwaartekrachtdetectoren, zoals de Einstein Telescoop.
Het staat allemaal te gebeuren in de Zwarte Doos, zoals het pand aan het Duboisdomein 30 in de volksmond heet. Daar waar ook de kantoren liggen van de onderzoeksgroep van Hild, van zijn negen medewerkers die zich met de gravitatiegolven bezighouden.
Op weg naar het koffieapparaat – net vóór de coronacrisis - zegt Hild (1978, Celle) met milde spot dat interviews geven tot de kern van zijn functie behoort sinds hij in Maastricht werkt. Van tegenzin is echter niets te bespeuren. Terug op zijn werkkamer steekt de Duitser enthousiast van wal.
U loopt hier nu ruim acht maanden op rond. Wat is mee- en tegengevallen?
“Ik voel me als Alice in Wonderland en kan een miljoen dingen noemen die me aangenaam hebben verrast, alle positieve energie, de buzz, de steun van collega’s, ook van andere universiteiten die meedoen. Tegelijk is het nogal een uitdaging om zo’n testcentrum van de grond af op te bouwen. Alles wat we doen en maken is speciaal, omdat we de technologie tot het uiterste perfectioneren. Onderdeel van de testinstallatie zijn bijvoorbeeld de metershoge laser cleaners, met wel duizend gespecialiseerde onderdelen. Die moeten deels op maat worden gemaakt, je kunt dat niet steeds uitbesteden, dus ik wil hier graag een eigen werkplaats. Ik probeer de bestuurders daar nu van te overtuigen.”
Mist u de bèta-omgeving niet, die in Glasgow allicht veel groter was dan in Maastricht?
“Nee, helemaal niet. ETpathfinder is geen zaak van de UM alleen hè. We werken samen met vijftien verschillende instituten, waaronder universiteiten in België, Duitsland en Nederland, het instituut voor deeltjesfysica Nikhef en bedrijven. Aan de Einstein Telescoop doen zo goed als alle natuurkundige instituten in heel Europa mee.”
Hubble
Het nieuws ging meteen de wereld over: op 14 september 2015 hadden wetenschappers voor het eerst zwaartekrachtgolven opgevangen. De zogeheten rimpelingen in de ruimtetijd bleken veroorzaakt door een botsing van twee zwarte gaten, op 1,3 miljard lichtjaar van de aarde.
In de media werd een en ander soms gereduceerd tot ‘zie je wel, Einstein had gelijk’, zegt Hild, die betrokken was bij de metingen. “En dat klopt ook, Einstein had de golven honderd jaar geleden voorspeld, maar we deden tegelijkertijd ontdekkingen waar onze mond van openviel. We dachten dat sommige zwarte gaten twintig keer zo zwaar waren als de zon, maar ze bleken wel veertig keer zo zwaar. Astronomen moesten terug naar de tekentafel en hun theorieën over de evolutie van sterren opnieuw tegen het licht houden. Het heeft ons beeld van de kosmos definitief veranderd.”
Kort daarna vingen wetenschappers signalen op van een spectaculaire botsing van twee neutronensterren. “Als ik daaraan terugdenk lopen de rillingen weer over mijn rug. Ook omdat telescopen als de Hubble, de legendarische apparaten uit je jeugd, precies dezelfde locatie aanwezen als die waar wij iets hadden gesignaleerd.”
Dat gebeurde met de LIGO-detector in de Verenigde Staten, die net als andere detectoren vanaf 2030 wordt ‘afgelost’ door de Einstein Telescoop. Die is tien keer gevoeliger en kan een duizend maal groter gebied in het heelal aftasten. Het betekent niet dat andere detectoren aan de straat kunnen, zegt Hild. “Metingen zijn het betrouwbaarst als ze worden bevestigd door meerdere observatiecentra. Anders loop je toch altijd het risico dat je niet een zwart gat maar een passerende boemeltrein hebt getraceerd. Op dit moment pikken detectoren eens per week gravitatiegolven op, al duren die slechts een paar seconden.”
169 palen
In het testcentrum ETpathfinder zal een prototype van de Einstein Telescoop (zie foto) verrijzen, met armen van twintig meter lang. Net als in de echte detector, die twee ondergrondse tunnels van tien kilometer kent, wordt een laserstraal in tweeën gesplitst. Beide stralen belanden op half doorlaatbare spiegels, waarna ze heen en weer worden gekaatst. Normaal gesproken doven de twee stralen vervolgens uit, maar niet als er een zwaartekrachtgolf passeert. Dan verandert – hoe minuscuul ook - de lengte van de tunnels en blijft het laserlicht intact.
“In ET Pathfinder gaan we experimenteren met onder meer trillingsdempers, het laserlicht, en het materiaal en de temperatuur van de spiegels. We gaan ze koelen tot 250 graden onder nul. Alles wat warm is, wiebelt en dat willen we verminderen. Maar ja, dan moet je ook een koelinstallatie hebben, en hoe sluit je die dan aan?”
Aan de achterkant van de Zwarte Doos laat Hild zien hoe de cleanroom eruit komt te zien. Het blijkt een hal van 800 vierkante meter, vanwaar vroeger de kranten van Dagblad de Limburger werden verspreid.
Eind april komt er een nieuwe, trillingsvrije vloer, die rust op 169 palen van 5,5 meter diep. “Deze vloer maakt geen contact met de muren en is in feite een eiland. De metingen raken dan niet verstoord door de wind die tegen het gebouw blaast. De verbouwing inclusief apparatuur kost 14,5 miljoen euro. In 2022 starten de experimenten.”
FSE-decaan Thomas Cleij zei ooit: ETpathfinder is voor de UM veel interessanter dan de Einstein Telescoop in Zuid-Limburg. Mee eens?
“Dat ligt er maar aan hoe je het bekijkt. De Einstein Telescoop, die niets anders doet dan het heelal afspeuren, is een ding waar voor mij, als instrumentalist, niet zoveel aan te beleven valt. Voor een wetenschapper is een testfaciliteit inderdaad boeiender. Dat is een soort speeltuin waar je van alles kunt uitproberen. Ook voor de UM is het testcentrum, waar je nieuwe technologie ontwikkelt en studenten opleidt, een hele verrijking. Aan de andere kant is de Einstein Telescoop natuurlijk van een ander kaliber. Daarmee kunnen we de geschiedenis van het heelal reconstrueren, die zal ons beeld van de ruimte aan diggelen slaan. Het is bovendien een project waar duizenden mensen aan meewerken, dat wereldwijd de aandacht trekt.”
De Pathfinder zal veel expertise aantrekken, onderzoekers uit de hele wereld zullen in Maastricht experimenten doen.
“Klopt, de belangstelling is groot, nu al. Duitsland heeft al onderzoeksbeurzen beschikbaar gesteld om hardware voor ETpathfinder te bouwen. Maar vlak onze eigen medewerkers niet uit. Even ter illustratie. LIGO, het grootste wetenschappelijke samenwerkingsverband voor zwaartekrachtgolven, kent zes werkgroepen, elk met een eigen specialisatie voor het bouwen van apparatuur. Drie van deze werkgroepen werden voorgezeten door een UM-wetenschapper. Niet gek, toch?”
Anders dan vaak gedacht zal het testcentrum niet worden opgedoekt als de Einstein Telescoop gaat draaien. “Na vijf jaar, in 2035 dus, maken we de balans op. Welke technologie is intussen verbeterd? Op welke punten valt de apparatuur te upgraden? Daaraan zal Pathfinder evengoed een bijdrage leveren. En dat zal die wat mij betreft blijven doen tot 2082, de uiterlijke houdbaarheidsdatum van ET.”
In 2022 besluit een internationaal panel of de Einstein Telescoop in Zuid-Limburg of in Sardinië wordt gebouwd. Wat als het Sardinië wordt?
Met een glimlach: “Dan zal iedereen blij zijn dat we een plek hebben gevonden. Nee eerlijk, het is een gigantisch project van 1,9 miljard euro. Sinds 2011 ligt het ontwerp klaar en proberen we regeringen zo ver te krijgen dat ze geld beschikbaar stellen. Maar nog geen enkel land heeft een bedrag toegezegd. Dus ik zal blij zijn als het project überhaupt van de grond komt.”
Houdt u er rekening mee dat het niet doorgaat?
“Ehm, nee, niet echt. Als je ziet wat de metingen uit 2015 teweeg hebben gebracht, dan kan ik me niet voorstellen dat het hier strandt. Het vakblad Science heeft ons vakgebied twee jaar achtereen, in 2016 en 2017, bekroond met de ‘wetenschappelijke doorbraak van het jaar’. Eerst voor het bewijs dat zwaartekrachtgolven bestaan en daarna voor de observatie van de neutronensterren. En als je dan ook nog bedenkt dat de twee observatoria LIGO (in de VS) en Virgo (in Europa) al op leeftijd zijn en hoogstens nog vijftien jaar meegaan, dan is het onvoorstelbaar dat bewust wordt besloten om tegen 2035 geen detector meer in gebruik te nemen.”
Maar als er een komt, dan toch liever in de eigen achtertuin?
“Natuurlijk. Zuid-Limburg heeft twee voordelen. Als ik me verplaats in de honderden wetenschappers die zich in de nabijheid van de telescoop zullen vestigen met hun gezin, zou ik liever in een bedrijvige, hightech-regio wonen dan op een afgelegen eiland als Sardinië. Leuk om op vakantie te gaan, lekker eten, mooie stranden, maar wat mij betreft geen plek om te werken. Hier zit je dicht bij Aken, Eindhoven, met zoveel instellingen en bedrijven….”
En het andere voordeel?
“Dat heeft met de bodemsamenstelling te maken. In Zuid-Limburg is die ideaal: een ondergrond van rotsen, waarin de tunnels worden gegraven, met daarbovenop zachte kleigrond. Deze leem dempt de geluiden van boven, van de bewoonde wereld. In Sardinië is het een en al rotsen, tot honderden meters onder de grond. Nu zouden we er prima metingen kunnen doen, aangezien het een rustig eiland is. Sterker, er zijn iets minder trillingen dan hier, maar hoe zal dat in de toekomst gaan, als de bedrijvigheid rond de telescoop toeneemt. De Italianen stellen een industriële exclusion zone voor in een straal van vijftig kilometer, maar dat lijkt mij niet realistisch. De overheid investeert mede in het observatorium vanwege de socioeconomische impact op de regio. Regeringen willen juist bedrijvigheid. Kortom, het lijkt me op de lange termijn veiliger om voor Zuid-Limburg te kiezen. Maar goed, ik ben nogal vooringenomen.”