Vanmorgen maakte de Zweedse Koninklijke Academie voor Wetenschappen bekend dat de Nobelprijs voor Natuurkunde is toegekend aan prof dr Gerard ’t Hooft en prof dr Martin Veltman.
Veltman en ’t Hooft (53) hebben de prijs gekregen voor hun bijdragen aan de wiskundige basis van het Standaardmodel in de natuurkunde, of zoals de Academie vermeldt: “voor het ophelderen van de kwantumstructuur van de elektrozwakke wisselwerking in de natuurkunde”. De twee theoretisch natuurkundigen voerden het betreffende onderzoek uit aan de Universiteit Utrecht. Veltman (67) is inmiddels met emeritaat. ’t Hooft werkt nog steeds in Utrecht.
Na de formulering van de kwantummechanica rond 1925 probeerden natuurkundigen de golffuncties van de kwantummechanica en de velden uit het elektromagnetisme te verenigen. De nieuwe kwantumelektrodynamica bleek echter zeer gecompliceerd en onwerkbaar. Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger en Richard P. Feynman losten dit probleem pas op in 1940, en kregen daarvoor in 1965 de Nobelprijs voor Natuurkunde. Zij ontwikkelden daartoe een methode die ze renormalisatie noemden.
Na de ontdekking van de radioactiviteit en de ontwikkeling van de atoomfysica ontstonden de concepten van sterke en zwakke wisselwerking. De sterke wisselwerking houdt bijvoorbeeld de atoomkern bijeen, terwijl de zwakke wisselwerking een rol speelt bij het radioactieve verval van atoomkernen. Rond 1930 werd al de eerste kwantumveldtheorie voor de zwakke wisselwerking geformuleerd. Halverwege de jaren vijftig ontdekten onderzoekers een kwantumveldentheorie met nieuwe eigenschappen die de theorie weliswaar ingewikkelder maakte maar ook nieuwe mogelijkheden bood. Daarop togen onder andere Sheldon L. Glashow, Abus Salam en Steven Weinberg aan het werk om elektromagnetisme en zwakke wisselwerking in een theorie te verenigen: de elektrozwakke wisselwerking (Nobelprijs 1975). Deze kwantumveldentheorie voorspelde de W- en Z-deeltjes die in 1983 in het CERN-laboratorium zijn gevonden. Carlo Rubbia en Simon van der Meer kregen daarvoor een jaar later de Nobelprijs voor Natuurkunde.
Daarop ontstonden voor de natuurkundigen problemen met de precieze berekeningen van de eigenschappen van de nieuwe deeltjes. Er heerste pessimisme. Martin Veltman, die eind jaren zestig was benoemd tot hoogleraar aan de toenmalige Rijksuniversiteit Utrecht, ontwikkelde een computerprogramma dat bij berekeningen de ingewikkelde uitdrukkingen in de kwantumveldentheorieën vereenvoudigde. In 1969 kwam Gerard ’t Hooft als promovendus bij de groep van Veltman. Twee jaar later publiceerde hij twee artikelen die een belangrijke doorbraak in het onderzoeksprogramma tonen. Met het programma van Veltman konden ’t Hoofts deelresultaten worden getest en samen ontwikkelden de twee natuurkundigen een gedetailleerde rekenmethode.
De theorie van de elektrozwakke wisselwerking voorspelde de W- en de Z-deeltjes. Dankzij het werk van Veltman en ’t Hooft kon men de fysische kenmerken van de deeltjes preciezer berekenen. Inmiddels zijn grote hoeveelheden van die deeltjes geproduceerd in de LEP-versneller van het Europese deeltjeslaboratorium in Genève, CERN. Metingen en voorspellingen blijken in grote mate met elkaar overeen te stemmen.
Een van de uitkomsten van berekeningen met de methode van Veltman en ’t Hooft, op basis van metingen bij CERN, is de massa van het top-quark. Dit deeltje is in 1995 pas daadwerkelijk aangetoond in het Fermilab in de VS. Een belangrijk onderdeel van de theorie van Veltman en ’t Hooft is het Higgs-deeltje. Dat is tot nog toe niet aangetoond. Misschien dat dit lukt met de nieuwe Large Hadron Collider van CERN, die in 2005 af is.
