Quantum Materie

Jan Zaanen 
Theoretisch fysicus uit Leiden

Mijn laatste wetenschappelijk produkt wat nog wacht op acceptatie door
een tijdschrift gaat erover dat het universum, inclusief de zwarte
gaten, in principe een quantum mechanische variant zou kunnen zijn van
de vloeibare kristallen die in normale uitvoering het werk doen in
platte beeldschermen.

De teneur van dit verhaal is dat Einstein's algemene relativiteits
theorie op subtiele wijze goed fout zou kunnen zijn. De reacties die
wij binnen krijgen van editors and referee's van de zwaartekracht
sekties van gerenomeerde tijdschriften zijn veelzeggend: deze ketters
moeten branden!

Zoals mijn co-auteur, de Berlijnse professor Kleinert, het uitdrukt:
"Actually, let's face it, there is no real sense to make gravitational
theories beyond Planck mass. This is all religion anyhow. Only
lunatics can take this serious. And only one type of lunatics is
presently permitted by church."

Dit klopt, en dit is dan ook niet meer dan wat vermaak, echter van een
soort wat voortkomt uit mijn core business. Dit is de zoektocht in de
echte natuur naar vormen van materie die anders zijn dan het spul
van alledag, en dat anders zijn heeft altijd te maken met de
uitdrukkelijke rol van de quantum fysica. Een klassiek voorbeeld is
supergeleiding. Electrische stromen die nooit ophouden te stromen als
een direct gevolg van het quantum mechanische feit dat de
samenstellende deeltjes niet mogen weten waar ze zijn. Na vijf
Nobelprijzen, inclusief die van dit jaar, is dit zo ondertussen
grootvader-fysica geworden.

Dit gaat niet op voor de gloednieuwe quantum vloeibare kristallen,
waar ik in het begin naar verwees. Er zijn aanwijzingen dat dit spul
in de natuur bestaat en wel in electronen systemen die gevonden worden
in koude stukjes keramiek. Tenminste in theorie zijn deze raar genoeg
dat ze na geringe aanpassing zelfs de kosmos zouden kunnen beschrijven
-- de Kleinert ketterij.

Een andere recente ontwikkeling is de toestand van quantum
kritikaliteit. Aangedreven door de quantum onzekerheid kunnen 
zelf-gelijkende, Mandelbroth-achtige patronen ontstaan in 
ruimte-tijd. Ik ben de trotse mede-auteur van een verhaal wat
afgelopen september in Nature verschenen is waar met toch wel
ingenieuze middelen het emeprisch bewijs gepresenteerd wordt dat zo'n
toestand echt bestaat.

Wat mij misschien nog wel het meest fascineert zijn de toestanden met
quantum topologische orde. Dit betekent dat alles met alles te maken
heeft op een manier die zo extreem is dat het alleen nog maar met
wiskunde te vatten is, met als onverwachte konsequentie dat de
elementaire deeltjes waar het spul uitgemaakt is in kleine brokjes uit
elkaar lijken te vallen. Het eerste voorbeeld hiervan is het
fraktionele quantum Hall effect, ook beloond met een Nobelprijs, en we
zijn hard op zoek naar andere uitingen van hetzelfde principe.

Samenvattend, dit zijn wat hoogtepunten uit een springlevende en
invloedrijke school in de moderne natuurkunde. Deze is in de
buitenwereld relatief onbekend, maar dit heeft wat mij betreft meer te
maken met het beperkte denkraam van de gemiddelde
wetenschapsjournalist. Een ieder die dit licht gezien heeft lijkt de
interesse te verliezen in het saaie spul waar we in de alledag van ons
mensen bestaan omringt zijn, om zich te verliezen in de geur en kleur
van de quantum materie!