Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

More documents

Recommendations

Info

Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Het universum in een korreltje roest 90 Figuur 1 Het universele fase diagram van de vreemde supergeleiders. Als functie van een nul-temperatuur controleparameter (ladingsdichtheid in het geval van cupraten, druk voor de ΄zware fermion΄ systemen) is het mogelijk om een geordende elektronische toestand tot een einde laten komen in de vorm van een nul-temperatuur quantum fase-overgang. Precies bij dit punt wordt een quantumkritisch metaal gevormd en dit is blijkbaar een prima voedingsbodem voor supergeleiding bij een hoge temperatuur. Deze kruisbestuiving tussen gecondenseerde materie en hoge energiefysica gaat in feite terug naar de jaren zestig van de vorige eeuw. Heel recent is er weer kruisbestuiving van dit soort aan de gang, maar nu eentje die draait om hypermoderne theoretische ideeën in de snaartheorie. Deze werpen een nieuw licht op experimentele ontwikkelingen van de laatste twintig jaar in de gecondenseerde materie: het idee dat de vreemde elektronen- systemen die in de moderne hoge Tc supergeleiders gevormd worden in feite coderen voor de fysica van zwarte gaten. Deze ontwikkeling blaast nieuw leven in het relativistische gedachtegoed van de jaren zeventig. Stephen Hawking vond toen uit dat een zwart gat, normaal gesproken slechts pure ruimte-tijd, zich in combinatie met quantumveldentheorie gaat gedragen als een eenvoudige, materiële gloeilamp. Met de straling van moderne snaartheoretische zwarte gaten is er echter veel meer te beleven. De claim is dat de geheimzinnige ΄quantum-kritische-΄, ΄zware Fermi-vloeistof-΄ en ΄hoge Tc supergeleidende΄ toestanden van de gecondenseerde materie-fysica precies overeenkomen met de materiële gedragingen van deze ΄harige΄ zwarte gaten. Tot voor kort werd aangenomen dat zwarte gaten zich gedragen als elementaire deeltjes: ze dragen een massa, lading en impulsmoment, maar verder niets – ΄geen haar΄. De moderne zwarte gaten zijn veel kleurrijker. Ze worden omringd door waarschijnlijkheidswolken van quantummechanische ΄elektronen΄ en een atmosfeer van ΄laserlicht΄. Deze ΄kapsels΄ coderen op hun beurt voor het gedrag van de elektronische quantummaterie zoals dat in aardse laboratoria onderzocht wordt in moderne stukjes vaste stof. In 1986 werd de rust in het onderzoek aan supergeleiding ruw doorbroken door de ontdekking van koperoxides waarin supergeleiding optreedt bij temperaturen tot wel 150 Kelvin. De roostervibraties die volgens de klassieke Bardeen-Cooper-Schrieffer theorie verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van supergeleiding, geven het op rond de 40 Kelvin en het was meteen duidelijk dat er iets heel nieuws aan de hand was. Nadat de hype van de hoge Tc uitge-
woekerd was bleek het probleem nog veel dieper te zijn dan eerst werd gedacht. 1 Het mysterie van de hoge temperatuur supergeleiding vormde sindsdien steeds weer een inspiratie voor grootscheepse innovaties in de experimentele vaste stof-fysica. Nieuwe materialen werden ontdekt en zo kregen de koperoxides gezelschap van ondermeer de ΄zware fermion supergeleiders΄ en recentelijk de ijzer-pnictides. Daarnaast werd er spectaculaire vooruitgang geboekt met innovatieve experimentele technieken: Nature en Science stonden de afgelopen jaren vol met resultaten van foto-emissie, neutronenverstrooiing, scanning tunneling spectroscopie, enzovoorts. Hoe meer we echter te weten kwamen over de gedragingen van de elektronen in deze materialen, hoe duidelijker het werd dat de beschikbare theorieën te kort schoten. Theoretici staan al sinds jaar en dag aan de zijlijn door het ontbreken van vergelijkingen die een verschil kunnen maken. Maar nu lijken we te weten waar we de wiskundige verklaring moeten zoeken. De experimenten suggereren dat de beste supergeleiding optreedt als het elektronensysteem zich in de buurt van een quantum-faseovergang bevindt. Net als in het geval van een thermische continue faseovergang, gene- Figuur 2 Een duale beschrijving: de holografische correspondentie relateert algemene relativiteit en snaartheorie in een hoger dimensioneel ‘Anti de Sitter’ universum aan een materiële quantumkritische toestand in een lager dimensionele vlakke ruimte-tijd, die gedacht kan worden te bestaan aan de rand van de Anti de Sitter ruimte. Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Het universum in een korreltje roest reert het systeem schaal-invariantie op het punt waar het overgaat van de ene naar de andere fase. Een quantum-faseovergang vindt plaats bij temperatuur nul, en de quantumfysica wordt op dit ΄quantum-kritische΄ punt dus schaal-invariant. Het diepe probleem voor de theoretici is dat dit hand in hand gaat met veel-deeltjes quantumverstrengelingen die hun oorsprong vinden in de Fermi- Dirac statistiek. 2 Vanwege het zogeheten ΄fermion teken probleem΄ kan die verstrengeling niet beschreven worden met bestaande quantum-veldentheoretische en statistisch-fysische methoden. De vreemdheid van deze fermionische quantum-kritische toestand manifesteert zich in het laboratorium in de mysterieuze eigenschappen van de metallische toestand bij temperaturen boven de supergeleidende overgang. Ook is zonneklaar is dat dit ΄slechte metaal΄ op de een of andere manier de beste vriend is van supergeleiding bij hoge temperatuur. Wat heeft dit alles met snaartheorie van doen? Snaartheorie is wonderbaarlijk mooi maar ook erg geheimzinnig. Het is een samenhangende verzameling van diepe wiskundige vindingen geïnspireerd op fysische motieven. Hoewel in een recent verleden allicht wat misbruikt voor mediagenieke 91
Page 1:
NATUURKUNDIGE VOORDR ACHTEN 2010 -
Page 4 and 5:
ISBN 978 90-72644-23-7 Drukkerij Vi
Page 7 and 8:
INHOUD Diligentiaprijs voor Scholie
Page 9 and 10:
VERSLAG VAN DE KONINKLIJKE MAATSCHA
Page 11 and 12:
Oprichting in 1793 Het Gezelschap t
Page 13 and 14:
N.Th. Michaelis 1898-1904 Dr. E.H.
Page 15 and 16:
ALFABETISCH REGISTER VAN DE VOORDRA
Page 17 and 18:
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 19 and 20:
Page 21 and 22:
Page 23 and 24:
Elektriciteitopslag in batterijen m
Page 25 and 26:
De vermogensdichtheid van een batte
Page 27 and 28:
Figuur 3 Het effect dat vacatures (
Page 29 and 30:
Schakelbare spiegels: een samenspel
Page 31 and 32:
Applications Beside their purely fu
Page 33 and 34:
hydrogen absorption properties of t
Page 35 and 36:
Gammaflitsen: extreem nieuws uit de
Page 37 and 38:
ster ontstaat. Het directe bewijs v
Page 39 and 40: Figuur 2 Als we voor alle 2704 gamm
Page 41 and 42: gammaflits kan miljarden jaren na h
Page 43 and 44: Genetica en genoomonderzoek naar ve
Page 45 and 46: zingen in de code aanwezig die aang
Page 47 and 48: omdat we beschikken over de gezondh
Page 49 and 50: Microreactortechnologie; de chemisc
Page 51 and 52: matografie, maar is zeer succesvol
Page 53 and 54: Figuur 5 De economische haalbaarhei
Page 55 and 56: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 57 and 58: qubit can now be described as follo
Page 59 and 60: games not only nicely demonstrates
Page 61: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Page 103 and 104: LOFAR: op zoek naar de snelste deel
Page 105 and 106: Figuur 4 Artist impression van het
Page 107: ichting van inval te bepalen. Naarm
Page 124: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
show all

Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?