Nobelprijs voor vreemde eigenschappen van materie

In de gewone wereld zijn er gassen, vloeistoffen en vaste voorwerpen. Maar in de kwantumwereld kan materie nog veel meer toestanden aannemen, lieten de winnaars van de Nobelprijs voor de natuurkunde zien.

De winnaars zijn drie Britten, maar allen zijn ze verbonden aan Amerikaanse universiteiten. De oudste is de 82-jarige David J. Thouless, die de Nobelprijs voor de helft op zijn naam krijgt. De andere helft is voor Duncan Haldane (65 jaar) en John Michael Kosterlitz (74 jaar).

De gewone fases van materie zijn wel bekend: je hebt ijs, water en waterdamp. Maar onder lage temperaturen en in sterke magneetvelden ontstaan er tussentoestanden met wonderlijke eigenschappen. Er kan bijvoorbeeld supergeleiding ontstaan: elektronen schieten dan ongehinderd door de materie heen, zonder enige weerstand. De winnaars lieten onder meer zien dat zulke supergeleiding ook in heel dunne materie voor kan komen.

Het was zoeken naar theoretische verklaringen en modellen om hiermee verder te komen. De winnaars kwamen ermee op de proppen en gebruikten daarvoor een interessante tak van de wiskunde: de topologie.

In die wiskunde draait het allemaal om de eigenschappen van ruimtelijke voorwerpen die hetzelfde blijven als je ze uitrekt of oppropt. Denk aan een elastiekje dat je kunt uitrekken en vervormen, maar in wezen hetzelfde elastiekje blijft. Met die wonderlijke tak van de wiskunde konden de natuurkundigen fenomenen in de kwantumwereld beschrijven en die hielpen het inzicht in deze vreemde ‘materie’ vooruit.

De hoop is dat de opmerkelijke eigenschappen die tevoorschijn komen de deur kunnen openen naar toekomstige technologieën, zoals de kwantumcomputer.