geplaatst
In adembenemend tempo sleurt de natuurkunde de ene na de andere heilige graal binnenboord. Na het eerste Bose-Einsteincondensaat van moleculen (in november) en de eerste supervloeibare vaste stof (twee weken geleden) is daar alweer de volgende mijlpaal: een raar goedje dat het ‘fermioncondensaat’ wordt genoemd. Een knetterend succes, want eigenlijk hoort het condensaat helemaal niet te bestaan.
Gestampt zal ze hebben, gevloekt, gegromd. Twee maanden geleden viel Deborah Jin van de Universiteit van Colorado nét niet in de prijzen. Met haar team was het haar gelukt om een superkoud ‘Bose-Einsteincondensaat’ te maken van moleculen. Een uitzonderlijke prestatie, maar Jin was letterlijk een paar dagen te laat. De Universiteit van Innsbruck was nét iets eerder.
Vandaag slaat Jin terug, door als eerste een andere essentiële trofee weg te grissen voor de neuzen van de concurrentie. Een ‘fermioncondensaat’, dat is wat ze heeft gemaakt. Als Jins aanspraak klopt, dan zal ze daar ongetwijfeld een Nobelprijs mee winnen. Wat het zwaard in de steen was voor Koning Arthur, dat is het fermioncondensaat namelijk voor natuurkundigen. Al tientallen jaren fluisteren natuurkundigen dat het iemand ooit gaat lukken het condensaat te bereiden. Maar áls dat ooit gebeurt, is het regelrechte tovenarij, voegde iedereen daar meteen aan toe.
Ook om andere redenen is het fermioncondensaat belangrijk. Het is namelijk de lijm die een aantal zeer belangrijke natuurkundige verschijnselen samenbindt. Het condensaat zou de ontbrekende schakel zijn tussen supergeleiding en supervloeibaarheid (het wrijvingloos stromen van een stof). Bovendien wordt het condensaat geacht het verschijnsel Bose-Einsteincondensatie weer in overeenstemming te brengen met de rest van de natuurkunde.
Atomen en andere deeltjes komen in twee klassen: fermionen en bosonen. Ongeveer de helft van alle atomen valt onder de bosonen, onder de ‘fermionen’ vallen de protonen, de neutronen, de elektronen en alle atomen die geen boson zijn.
Echt tastbaar wordt het onderscheid tussen fermionen en bosonen echter als je ze afkoelt tot enkele miljoenste graden boven het absolute nulpunt (min 273 graden Celsius). Met de bosonen gebeurt er dan iets heel geks. De deeltjes waaruit het boson bestaat vallen dan terug in hun laagste energietoestand, en gaan zich opeens gedragen alsof ze met zijn allen één reusachtig superatoom zijn. ‘Bose-Einsteincondensaat’, is de naam voor deze buitenissige zijnstoestand.
Maar met fermionen zit dat anders. Die kun je afkoelen wat je wilt – ze zullen het vertikken om in het gelid te springen en een geheel te vormen. Fermionen afkoelen is net alsof je knikkers in een reageerbuis stopt: in plaats van allemaal op de bodem te belanden, stapelen de energietoestanden zich van onder naar boven op, met voor ieder deeltje een eigen energetische toestand. Van een fermion kun je geen Bose-Einsteincondensaat maken.
Jin nam haar toevlucht tot een list. In het laboratorium van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) koelde ze vijfhonderdduizend atomen van het element kalium (een fermion) af tot enkele tientallen miljardste graden boven het absolute nulpunt. Vervolgens zette ze er een magneetveld op. Daardoor begonnen de atomen zich paarsgewijs te ordenen.
En dat hielp. Atoomparen in een fermion hebben namelijk de eigenschappen van een boson – waardoor ze ook een heus condensaat konden vormen. Jin en haar collega’s namen het roemruchte condensaatje voor het eerst waar op 16 december vorig jaar. Overigens was het verschijnsel na een deelseconde alweer voorbij: fermioncondensaten vallen direct uit elkaar.
Jin is ervan overtuigd dat de ontdekking kan leiden tot de ontwikkeling van supergeleiders die het ook doen bij kamertemperatuur. De beste supergeleiders van vandaag moeten nog altijd worden afgekoeld tot min 135 graden Celsius, voordat ze zonder energieverlies elektriciteit geleiden.
Daarnaast heeft de ontdekking groot natuurkundig belang. Er bestaat een geheimzinnig, intiem verband tussen de verschijnselen supergeleiding, supervloeibaarheid en Bose-Einsteincondensatie. Volgens een theorie die veel aanhang heeft, zijn supergeleiding en Bose-Einsteincondensatie beide uitingen van het diepere verschijnsel supervloeibaarheid.
Het fermioncondensaat zou daar precies tussenin zitten: het vormt de ontbrekende schakel tussen supergeleiding en Bose-Einsteincondensatie. En inderdaad geeft het experiment van Jin daarvoor een belangrijke aanwijzing. Supergeleiding ontstaat immers óók door paarvorming. Bij supergeleiding zijn het elektronen die opeens paarsgewijs gaan optrekken, in de vorm van zogeheten ‘Cooperparen’. Het is volgens Jin dan ook geen toeval dat ook in het fermioncondensaat paarvorming optrad.
Erg abstracte natuurkunde uiteraard, maar Jin en haar collega’s zijn door het dolle heen. “Deze waarneming opent de zeer opwindende mogelijkheid om supergeleiding en supervloeibaarheid te bestuderen onder condities die nog nooit hebben bestaan.” Jin beschrijft haar experiment binnenkort in het blad Physical Review Letters.
-------------------- People are like pieces of a puzzle. We all fit together, but not all of us connect. Berichten: 6985 | Plaats: Zeist | Geregistreerd: Jul 2002
| IP: Gelogd |
UBBFriend: Email deze pagina naar iemand!
Printer-versie van dit onderwerp
![[Razz]](tongue.gif)
