Tweet

´Als je het eenmaal begrijpt is het simpel´ /2 reacties

Mihailo Cubrovic liet onlangs zien dat de snaartheorie helemaal niet zo exotisch is als wordt gedacht. Je kunt er bijvoorbeeld eenvoudig mee verklaren hoe hoge temperatuur supergeleiding werkt. Nou ja, eenvoudig.

Er zat twee jaar tussen naar Leiden willen en in Leiden aan een promotieonderzoek werken, twee maanden tussen de snaartheorie leren kennen en toepassen en twee weken tussen de acceptatie van een artikel en de publicatie ervan in Science. Mihailo Cubrovic is een man van records, zou je kunnen zeggen. Hij verklaart graag dat het toch allemaal minder spectaculair is verlopen als de opsomming het doet lijken.

´Ik kwam naar Leiden na mijn halve leven in Belgrado om te werken aan supergeleidingsexperimenten,´ vertelt Cubrovic. ´Dat ik in no time tot over mijn oren in de snaartheorie zou zitten was voor mij ook een verrassing.´ Maar een aangename, mogen we van hem aannemen. ´Ik wist dat de snaartheorie wat aan glans aan het verliezen was, maar toch besloten mijn begeleider Jan Zaanen en ik ermee te gaan rekenen. Met een vaag vermoeden, maar ook uit pure nieuwsgierigheid,´ geeft de Servische onderzoeker toe. ´Om met de snaartheorie te willen verklaren dat bij relatief hoge temperaturen ook supergeleiding mogelijk is, was een gok. Maar een gok die goed bleek.´

Big Bang

Om te begrijpen wat Cubrovic en zijn begeleiders Jan Zaanen en Koenraad Schalm precies hebben gedaan, is het van belang twee zaken in ogenschouw te nemen. Allereerst dat de snaartheorie zich grotendeels richt op een verklaring voor de oorsprong van de Big Bang. Namelijk het moment waarop grote hoeveelheden deeltjes samenkomen in een klein punt. ´En dat is ook het geval in een situatie waar in je bijvoorbeeld kristallen met afkoeling stilzet tot op het punt dat ze overgaan in supergeleiding,´ vertelt Cubrovic. Al was de Big Bang geen quantum condensaat, zoals dat heet. ´De situatie van supergeleiding en de Big Bang singulariteit zijn wel beide ‘quantumkritische’ toestanden te noemen.´ Dan zijn we voor sommige stoffen nog niet op het absolute nulpunt. Uit experimenten blijkt dat elektronen in deze situatie, een microscopische schaal, zich op dezelfde manier gedragen als elektronen op macroscopische schaal. Tijdens de Bing Bang dus, en dat is het tweede punt dat op het werk van Cubrovic betrekking heeft.

´Het maakte dat we dachten aan de snaartheorie voor een oplossende beschrijving.´ Althans een specifiek onderdeel van de snaartheorie, de zogenaamde de AdS/CFT correspondentie, of Anti-de Sitter/conformal field theory. Die beschrijft de kwantummechanische elektronenwereld als een wereld die veel meer lijkt op de onze: het is een klassieke wereld die in de greep is van zwaartekracht en lichtstralen, met een vreemde ’anti de Sitter‘ kromming (genoemd naar de Leidse fysicus de Sitter), terwijl het nodig blijkt dat zich in het middelpunt van deze wereld een elektrisch geladen zwart gat bevindt. Met die machinerie berekenden de Leidse onderzoekers dat de vibraties van zo’n zwart gat tot een collectieve ordening van elektronen leiden: precies het gedrag in de kwantumkritische toestand.

Geen benul

De laatste jaren ligt de snaartheorie onder vuur omdat concrete voorspellingen voor experimenten uitblijven en de theorie daarmee dus wel niet van direct belang kan zijn voor het begrip van de wereld om ons heen. De kritiek op het werk van Cubrovic valt daarom ook wel te raden: ook nu blijft het vooral een wiskundige verklaring. Overeind blijft dat het behalve Cubrovic, Zaanen en Schalm tot nu toe niemand nog gelukt is hogetemperatuursupergeleiding theoretisch te verklaren. Het is dan ook de eerste keer dat een berekening op basis van de snaartheorie in Science staat, en zo snel is gepubliceerd, ondanks de grote bekendheid die de theorie heeft.

De begeleider van Cubrovic, de Leidse hoogleraar theoretische natuurkunde Zaanen, verwoordt zijn enthousiasme als volgt: ‘Men dacht altijd dat als je die kwantum-kritische toestand begrijpt, je ook hogetemperatuursupergeleiding kunt begrijpen. Maar ondanks dat de experimenten boekdelen spraken, hadden we geen flauw benul hoe je dit fenomeen kon beschrijven.’

Volgens Cubrovic kan de snaartheorie zich in de toekomst vaker bewijzen. Hij zal er in zijn onderzoek op doorgaan, ook al is het onderwerp relatief nieuw en zal hij zich nog verder in de snaartheorie moeten verdiepen. Dat betekent niet dat hij er dag en nacht mee bezig is, zegt hij desgevraagd.
‘Ik heb me de theorie eigen gemaakt, en dat was niet eenvoudig. Het ging met horten en stoten.’ Een Eureka-moment kan hij zich niet meer herinneren. ‘Er was geen duidelijke doorbraak. We zijn bij de basis begonnen te rekenen en daarna steeds een stap verder gegaan.’ Dat ze zo snel tot een passende theorie kwamen, was voor Cubrovic ook een verrassing. Alhoewel, aarzelend en terugkijkend op zijn ontdekkig van de kracht van de snaartheorie, zegt hij nu: ‘als je het eenmaal begrijpt is het simpel.’