Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...
Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ... Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Het universum in een korreltje roest 94 rimenten gesimuleerd worden met AdS/CFT 6 en wat blijkt? De geladen zwarte gaten coderen voor ΄fer- mionische΄ quantum-kritische toestanden die nog altijd gekarakteriseerd worden door Fermi-oppervlakken, terwijl de Fermi-vloeistof quasideeltjes vervangen zijn door puur temporele quantum-kritische fluctuaties. 7 Sinds jaar en dag wordt dit soort gedrag waargenomen met echte foto-emissie experimenten in de quantum-kritische metalen zoals in de hoge Tc cupraten. Dit is nog niet het einde van het verhaal: deze RN quantum-kritische toestanden blijken extreem instabiel te zijn. Hun grondtoestand heeft een eindige entropie en het is bekend van klassieke gefrustreerde systemen dat het dan niet te vermijden is dat een stabiele toestand het zal overnemen bij voldoende lage temperatuur. De gravitationele kant weet hier op haar beurt weer alles van. De correspondentie schrijft voor dat we moeten toelaten dat het met ΄chemokapsel΄ geladen zwarte gat in AdS haar mag krijgen. De precieze codering van fermionische materie, in het bijzonder van de Fermi-vloeistof, is op dit moment nog onderwerp van debat. 8 Maar zoveel is duidelijk is dat het zwarte gat zich zal aankleden met een waarschijnlijkheidswolk van quantummechanische geladen fermionen. De holografische beschrijving van supergeleiding is daarentegen wel geheel duidelijk. Het avontuur met het ΄harige zwarte gat΄ begon in 2008 met het ondertussen legendarische ΄H3΄ werk. 9 De correspondentie laat alle vrijheid om aan de veldentheorie zijde de fermionen te laten paren in bosonische materie; in de AdS ruimtetijd zijn deze bosonen gecodeerd door ΄haar΄, wat in essentie laserlicht is. Vanwege het ΄super radiance΄ mechanisme blijkt het AdS geladen zwart gat zich automatisch aan te kleden met een atmosfeer van laserlicht als zijnr Hawking temperatuur laag genoeg wordt. Dit ΄laserlicht-haar΄ rondom het zwarte gat laat zich vertalen in een supergeleidende toestand aan de veldentheoretische kant. Binnen het gecondenseerde materie onderzoek vertelt dit een heel nieuw verhaal over de oorsprong van supergeleiding bij hoge temperatuur. De quantum-kritische metallische fase is vanwege de eindige dichtheid van de fermionen van een heel nieuw soort, gekarakteriseerd door tijdsachtige kritische quantumfluctuaties rondom een Fermi-oppervlak (het RN zwarte gat). De thermodynamisch ultrainstabiliteit van dit metaal neemt toe met afnemende temperatuur, tot het punt dat het de uitweg vindt in een stabiele quantumtoestand: de holografische supergeleider. De supergeleiding vindt haar oorsprong in de ΄dodelijke ziekte΄ van haar concurrent (het metaal) en kan daarom de zaak overnemen bij een onredelijk hoge temperatuur. Geïnspireerd op empirische motieven bleek deze gedachte al een lange tijd half bewust rond te zweven in de gecondenseerde materie gemeenschap. 10 Het effect van de ΄harige zwarte gaten΄ is dat het veel serieuzer genomen wordt en er worden nu pogingen ondernomen om de instabiliteit van de metallische toestand experimenteel te onderzoeken. Dit blijkt verbluffend moeilijk en het is op dit moment zeker nog niet een feit dat de snaartheorie het probleem van hoge Tc supergeleiding opgelost heeft. Ik kan mij als theoreticus van de gecondenseerde materie, die toevallig wat begrijpt van snaartheorie, echter een stevige mening veroorloven. Met het goede voorbeeld van Einstein in het achterhoofd: ik kan het me eigenlijk niet voorstellen dat onze lieve heer deze kans om bloedmooie wiskunde aan het werk te zetten in zijn schepping, aan zich voorbij zou laten gaan. Referenties 1. Een recent historisch overzicht: J. Zaanen, arXiv: 1012.5461. 2. J. Zaanen, Science 319, 1205 (2008). 3. Zie bijv. J. McGreevy, arXiv: 0909.0518 voor een pragmatische introductie. 4. Voor een uitvoerige discussie en wat het betekent voor het koude atomen onderzoek, zie het themanummer van Physics Today, mei 2010. 5. J. Zaanen, Nature 448, 1000 (2007). 6. M. Cubrovic, K. Schalm en J. Zaanen, Science 325, 429 (2009). 7. T. Faulkner et al., Science 329, 1043 (2010). 8. M. Cubrovic, J. Zaanen and K. Schalm, arXiv: 1012.5681. 9. S.A. Hartnoll, C.P. Herzog en G.T. Horowitz, Phys. Rev. Lett. 101, 031601 (2008). 10. J. Zaanen, Nature 462, 15 (2009).
Bioinformatica: van gegevens naar kennis Prof. dr. P.J. van der Spek Afdeling Bioinformatica, Erasmus Medisch Centrum, Rotterdam Samenvatting Het Erasmus MC is het grootste universitaire medisch centrum van Nederland. Er zijn naar schatting zo’n 13.000 medewerkers actief in de zorg, onderzoek en opleiding van nieuwe artsen. De afdeling bioinformatica, één van de jongste afdelingen, is opgericht in 2003. Hier wordt hoogwaardige innovatieve genomics technologie via research naar de zorg gebracht. Een en ander gebeurt via publiek/private samenwerkingen met het MKB en grote multinationals. De laatste jaren is in hoog tempo de financieringsstructuur van het academische landschap aan het veranderen gegaan, als gevolg van de introductie van translationeel onderzoek. De focus van het onderzoek verschuift van hoe werkt het, naar hoe kan ik er iets mee voor de patiënt betekenen. Introductie De afdeling bioinformatica introduceert hoogwaardige ICT-oplossingen ten behoeve van onderzoek en onderwijs, omdat de groei en ontwikkeling van het genomics onderzoek tegenwoordig volledig afhankelijk is van de groei en ontwikkeling in de ICT. Omdat deze ontwikkelingen volledig hand in hand gaan, zorgt dit voor een snelle groei van het vakgebied bioinformatica. Het veld houdt zich bezig met het integreren van moleculaire en klinische gegevens verzameld rond samples van patiënten afkomstig uit biobanken. Dit systematisch verzamelen, integreren en modelleren van gegevens rond fenotype en genotype van een patiënt wordt ook wel systeembiologie genoemd. De opkomst van cloud computing en het gebruik van tablets zoals de Ipad, veranderen in hoog tempo de werkzijze van de wetenschappelijke onderzoeker. Goede data-integratie van gegevens omtrent patiënt, behandeling, genexpressie, genetische variatie en Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 drug response, leidt tot data reductie. Hiermee komt men tot informatie die leidt tot kennis waarmee de relevante mutaties in patiënten gevonden worden. Moleculaire high throughput technieken Nieuwe technieken stellen onderzoekers in staat om steeds meer parameters gelijktijdig (parallel) te meten en op te slaan. Met geavanceerde technieken wordt naar patronen in deze datasets gezocht. Dit kan supervised of unsupervised gebeuren. Daar waar we vroeger naar een speld in een hooiberg zochten, gaat het er nu iet wat anders aan toe. Momenteel vergelijken we hele hooibergen met elkaar. Nadat in 2000 de draft van het humane genoom in kaart gebracht was vanuit een wereldwijd grootschalig initiatief, moest er wat mee gedaan worden in de praktijk. Dat project heeft maar liefst 3 miljard euro gekost, ongeveer één euro per bouwsteen van het DNA. Deze drie miljard baseparen zijn opgebouwd uit vier bouwstenen: G, A, T en C. Hierin liggen ongeveer 23.000 genen gecodeerd (1.5 % van het genoom) en de rest wordt aangeduid als junk DNA. Van microarrays naar next generation sequencing. Van 2000 tot 2010 heeft nadruk gelegen op het gebruik van microarrays in grootschalige genoom analyses, waarbij in één sample van een patiënt tegelijkertijd alle genen qua RNA-expressie of SNP-variatie (Single Nucleotide Polymorphism) in kaart gebracht kon worden. Vanaf 2010 is er een sterke verandering waarneembaar als gevolg van daling van de kosten om een heel genoom in kaart te brengen. De continue innovatie maakt dat het sequencen van een mense- Lezing gehouden voor de Koninklijke Maatschappij voor Natuurkunde ‘Diligentia’ te ’s-Gravenhage op 7 maart 2011 95
- 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 64 and 65: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 66 and 67: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 68 and 69: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 70 and 71: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 72 and 73: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 74 and 75: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 76 and 77: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 78 and 79: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 80 and 81: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 82 and 83: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 84 and 85: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 86 and 87: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 88 and 89: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 90 and 91: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 92 and 93: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 96 and 97: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 98 and 99: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 100 and 101: 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 110 and 111: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 112 and 113: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 114 and 115: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 116 and 117: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 118 and 119: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 120 and 121: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 122 and 123: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 124: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
Natuurkundige <strong>voor</strong>drachten I Nieuwe reeks 89<br />
Het universum in een korreltje roest<br />
94<br />
rimenten gesimuleerd worden met AdS/CFT 6 en wat<br />
blijkt? De geladen zwarte gaten coderen <strong>voor</strong> ΄fer-<br />
mionische΄ quantum-kritische toestanden die <strong>no</strong>g<br />
altijd gekarakteriseerd worden door Fermi-oppervlakken,<br />
terwijl de Fermi-vloeistof quasideeltjes vervangen<br />
zijn door puur temporele quantum-kritische<br />
fluctuaties. 7 Sinds jaar en dag wordt dit soort gedrag<br />
waarge<strong>no</strong>men met echte foto-emissie experimenten<br />
in de quantum-kritische metalen zoals in de hoge<br />
Tc cupraten.<br />
Dit is <strong>no</strong>g niet het einde van het verhaal: deze RN<br />
quantum-kritische toestanden blijken extreem instabiel<br />
te zijn. Hun grondtoestand heeft een eindige<br />
entropie en het is bekend van klassieke gefrustreerde<br />
systemen dat het dan niet te vermijden is<br />
dat een stabiele toestand het zal overnemen bij<br />
voldoende lage temperatuur. De gravitationele kant<br />
weet hier op haar beurt weer alles van. De correspondentie<br />
schrijft <strong>voor</strong> dat we moeten toelaten dat<br />
het met ΄chemokapsel΄ geladen zwarte gat in AdS<br />
haar mag krijgen.<br />
De precieze codering van fermionische materie,<br />
in het bijzonder van de Fermi-vloeistof, is op dit<br />
moment <strong>no</strong>g onderwerp van debat. 8 Maar zoveel<br />
is duidelijk is dat het zwarte gat zich zal aankleden<br />
met een waarschijnlijkheidswolk van quantummechanische<br />
geladen fermionen. De holografische<br />
beschrijving van supergeleiding is daarentegen<br />
wel geheel duidelijk. Het avontuur met het ΄harige<br />
zwarte gat΄ begon in 2008 met het ondertussen<br />
legendarische ΄H3΄ werk. 9 De correspondentie laat<br />
alle vrijheid om aan de veldentheorie zijde de fermionen<br />
te laten paren in bosonische materie; in de AdS<br />
ruimtetijd zijn deze bosonen gecodeerd door ΄haar΄,<br />
wat in essentie laserlicht is. Vanwege het ΄super<br />
radiance΄ mechanisme blijkt het AdS geladen zwart<br />
gat zich automatisch aan te kleden met een atmosfeer<br />
van laserlicht als zijnr Hawking temperatuur<br />
laag ge<strong>no</strong>eg wordt. Dit ΄laserlicht-haar΄ rondom het<br />
zwarte gat laat zich vertalen in een supergeleidende<br />
toestand aan de veldentheoretische kant.<br />
Binnen het gecondenseerde materie onderzoek<br />
vertelt dit een heel nieuw verhaal over de oorsprong<br />
van supergeleiding bij hoge temperatuur. De quantum-kritische<br />
metallische fase is vanwege de eindige<br />
dichtheid van de fermionen van een heel nieuw<br />
soort, gekarakteriseerd door tijdsachtige kritische<br />
quantumfluctuaties rondom een Fermi-oppervlak<br />
(het RN zwarte gat). De thermodynamisch ultrainstabiliteit<br />
van dit metaal neemt toe met afnemende<br />
temperatuur, tot het punt dat het de uitweg<br />
vindt in een stabiele quantumtoestand: de holografische<br />
supergeleider. De supergeleiding vindt haar<br />
oorsprong in de ΄dodelijke ziekte΄ van haar concurrent<br />
(het metaal) en kan daarom de zaak overnemen<br />
bij een onredelijk hoge temperatuur.<br />
Geïnspireerd op empirische motieven bleek deze<br />
gedachte al een lange tijd half bewust rond te zweven<br />
in de gecondenseerde materie gemeenschap. 10<br />
Het effect van de ΄harige zwarte gaten΄ is dat het<br />
veel serieuzer ge<strong>no</strong>men wordt en er worden nu<br />
pogingen onder<strong>no</strong>men om de instabiliteit van de<br />
metallische toestand experimenteel te onderzoeken.<br />
Dit blijkt verbluffend moeilijk en het is op dit<br />
moment zeker <strong>no</strong>g niet een feit dat de snaartheorie<br />
het probleem van hoge Tc supergeleiding opgelost<br />
heeft. Ik kan mij als theoreticus van de gecondenseerde<br />
materie, die toevallig wat begrijpt van<br />
snaartheorie, echter een stevige mening veroorloven.<br />
Met het goede <strong>voor</strong>beeld van Einstein in het<br />
achterhoofd: ik kan het me eigenlijk niet <strong>voor</strong>stellen<br />
dat onze lieve heer deze kans om bloedmooie wiskunde<br />
aan het werk te zetten in zijn schepping, aan<br />
zich <strong>voor</strong>bij zou laten gaan.<br />
Referenties<br />
1. Een recent historisch overzicht: J. Zaanen, arXiv: 1012.5461.<br />
2. J. Zaanen, Science 319, 1205 (2008).<br />
3. Zie bijv. J. McGreevy, arXiv: 0909.0518 <strong>voor</strong> een pragmatische<br />
introductie.<br />
4. Voor een uitvoerige discussie en wat het betekent <strong>voor</strong><br />
het koude atomen onderzoek, zie het themanummer van<br />
Physics Today, mei <strong>2010</strong>.<br />
5. J. Zaanen, Nature 448, 1000 (2007).<br />
6. M. Cubrovic, K. Schalm en J. Zaanen, Science 325, 429 (2009).<br />
7. T. Faulkner et al., Science 329, 1043 (<strong>2010</strong>).<br />
8. M. Cubrovic, J. Zaanen and K. Schalm, arXiv: 1012.5681.<br />
9. S.A. Hart<strong>no</strong>ll, C.P. Herzog en G.T. Horowitz, Phys. Rev. Lett.<br />
101, 031601 (2008).<br />
10. J. Zaanen, Nature 462, 15 (2009).
Change language