De vergelijkingen van de kwantummechanica hebben geen tijdpijl: zijn omkeerbaar in de tijd. Lange tijd werd daarom gedacht dat entropie, ruwweg te vertalen als wanorde, alleen op grotere schaal voorkomt. Dat blijkt niet te kloppen.
Tijdpijl aangetroffen
Het is erg lastig om thermodynamische processen in een kwantumsyteem waar te nemen. Tot nu toe is dit daarom niet gedaan. In een experiment maten de onderzoekers de verandering in entropie die optreedt, als het koolstofatoom dat het hart vormt van CCl4, het chloroformmolecuul, blootgesteld worden aan een wisselend magnetisch veld. Het chloroform werd gekoeld tot vlak bij het absolute nulpunt.De proefopstelling. Bron: [1]
Voor dit experiment maakten de onderzoekers gebruik van koolstof met een extra neutron in de kern, 13C in plaats van de ‘normale’ 12C dus. Atoomkernen kunnen twee verschillende richtingen op tollen: de spin. Dit komt neer op: met het magnetische veld mee of er tegenin.
Atomen springen naar de laagste energietoestand, waarin de spin evenwijdig is met het magnetische veld. Als het magnetisch veld ompoolt, flippen ook de atoomkernen mee. In het experiment verliep dit proces extreem snel, zodat de atoomkernen het niet direct bij konden houden.
Als het omkeren van de procedure mogelijk was, zou de spin zijn oorspronkelijke waarde weer aan hebben genomen, maar interessant genoeg gebeurde dat niet. De metingen aan de spin wezen er op dat de entropie was toegenomen. Klaarblijkelijk is dit kwantum-thermodynamische systeem irreversibel (niet-omkeerbaar). Dit op atoomkernniveau. Met andere woorden: een tijdpijl op kwantumniveau. Iets wat niet wordt voorspeld door de kwantummechanica.
Waar komt deze tijdpijl vandaan?
De kwantummechanische vergelijkingen, zoals de Schrödingervergelijking, zijn alle volstrekt omkeerbaar. Hoe komt met dat zelfs op het niveau van een enkele atoomkern er toename in de entropie ontstaat? Welke onbekende natuurwet is hier verantwoordelijk voor?
‘Kwantummechanische formules alleen geldig bij evenwicht’
Volgens de onderzoekers is het antwoord op deze vraag: de afhankelijkheid van de beginvoorwaarden. In een systeem waarom geen entropietoename mogelijk is, gelden de formules zonder meer. Als een systeem ver uit evenwicht is, zoals in dit experiment, zullen onomkeerbare processen optreden. Wat de onomkeerbaarheid precies veroorzaakt en de tijdpijl tot leven wekt, blijkt niet uit dit experiment.
Uit fundamenteel-wetenschappelijk oogpunt is dit onderzoek buitengewoon interessant en zal tot talrijke nieuwe ontdekkingen en technieken leiden. Helaas kijken de toekenners van onderzoeksbudget voornamelijk naar de onmiddelijk praktische toepasbaarheid. De onderzoekers denken dat dit nieuwe inzicht nuttig is voor het ontwikkelen van kwantumtechnologie, die de beperkingen van klassieke technologie kan overwinnen. Nu technologie steeds kleiner wordt (Silicon Valley hanteert nu een roadmap waarin rond 2020 de minimum afstand in een chip kleiner wordt dan 7 nanometer (rond de 35 atoombreedtes)), is inzicht in kwantummechanische processen van fundamenteel belang. Dat geldt ook voor andere nanotechnologie.
Bron:
1. T. B. Batalhão, et al. “Irreversibility and the Arrow of Time in a Quenched Quantum System.” Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.190601
De algemene relativiteitstheorie van Einstein leert dat ruimte en tijd kneedbaar zijn. Hoge snelheden en zwarte gaten kunnen ruimte en tijd veranderen en soms zelfs omdraaien.
In de kwantummechanica, en wat dat betreft de klassieke natuurkunde, is de tijdpijl volkomen omkeerbaar. Er zijn zelfs tijdloze varianten van de kwantummechanica geformuleerd. Er is alleen een maar. Er bestaat namelijk wel degelijk een schending van de CP-symmetrie. Dat wil zeggen, dat je niet ongestraft zowel een deeltje in zijn antideeltje kan omzetten, en de andere richting op kan laten vliegen. Het is daarom mogelijk vast te stellen of we vooruit of achteruit in de tijd reizen, door te meten hoe een bundel neutrale kaons uit elkaar valt.
Tijd is nog steeds erg raadselachtig. Bron: Faradayschools.com
Wordt dit de definitieve doorbraak van zonne-energie? Een Australisch consortium van onder meer de universiteit van Melbourne is er in geslaagd om zonnecellen te ontwikkelen, die met een standaard drukpers kunnen worden geprint.
Stel je voor, vluchtelingenkampen midden in de woestijn waarbij de tenten heerlijk koel blijven door solar-powered airconditioning, die tegelijkertijd ook water wint uit de hete woestijnlucht. Water stills leveren genoeg water op voor groentekassen waarin het water geconserveerd wordt. Overal in de tentenstad zoemen machines, die aangedreven worden door zonne-energie. Daarmee voorzien de vluchtelingen in een groot deel van hun eigen behoeften en maken winstgevende producten. Hierdoor hebben de vluchtelingen een welvarend leven en willen ze niet meer terug naar het onderdrukkende land waar ze vandaan gevlucht zijn. Wat ooit een plaats van wanhoop was, wordt nu een stad van hoop met een welvaartspeil waar een groot deel van de wereld jaloers op zou zijn.
Een utopische waandroom? Niet meer. Dankzij doorbraken van een Australisch consortium kunnen nu zonnecellen voor een habbekrats geproduceerd worden. Zonnepanelen zijn enorm in prijs gedaald, maar nog steeds niet echt goedkoop: de allergoedkoopste kosten september 2015 iets onder de 65 eurocent per watt piekvermogen. Een watt piekvermogen levert voor een optimaal geplaatst zonnepaneel in Nederland en België rond de 0,8 kilowattuur (€ 0,20) op. In theorie heeft u een zonnepaneel in de Lage Landen er dus in vier jaar uit, in zonniger landen zelfs korter. Helaas wordt deze roodkleurige berekening verpest door de kostbare randapparatuur die nodig is om de zonnestroom te converteren naar netstroom, en de hoge installatiekosten van zonnepanelen, maar nu al is zonnestroom ongeveer even duur als fossiele stroom, voor consumenten zelfs goedkoper.
Binnenkort op elk oppervlak? Bron: University of Melbourne
Maar wat als de kosten per watt piekvermogen zouden dalen tot onder de twintig, of zelfs tien cent? In dat geval zou je kunnen overdimensioneren: domweg zoveel zonnepanelen installeren, dat er ook in de winter voldoende energie is om zelfvoorzienend te zijn. Dan heb je ook geen dure converters of opslag meer nodig, behalve uiteraard voor de nacht, en kan je de meter afkoppelen.
En precies deze extreme daling lijkt nu in te zetten. Het nieuwe Australische productieproces maakt gebruik van een al bestaande offsetprinter van A$200.000, waar inkt voor zonnepanelen in wordt toegevoerd. Hiermee wordt een laagje organische zonnepanelen op een buigzaam oppervlak, zoals plastic, geprint. Oorspronkelijk waren deze zonnecellen zo groot als een munt, maar de onderzoekers hebben de grootte nu op kunnen schalen naar A3-formaat. De zonnecellen kunnen geprint worden met een snelheid van één cel per twee seconden (tien strekkende meter per minuut).
De zonnecellen produceren 10-50 watt per vierkante meter, dus 1,25-6,25 watt per zonnecel. De onderzoekers verwachten dat de proefprintinstallatie in staat is zonnecellen voor minder dan 1 Australische dollar per watt piekvermogen (rond de 60 eurocent per september 2015) te produceren, als de productie grootschaliger wordt. De kostprijs wordt hier voornamelijk uitgemaakt door de chemicaliën. De prijs zou dus wel eens nog veel drastischer kunnen dalen als deze op grote schaal gemaakt kunnen worden. Dit zou uitermate goed nieuws betekenen voor zowel de planeet aarde als haar menselijke bewoners.
Vijfzesde van de materie in het heelal bestaan uit materie die we niet waar kunnen nemen, anders dan door zwaartekracht. Natuurkundigen over de hele wereld pijnigen zich de hersenen over de aard van deze materie. Een nieuw, eenvoudig maar krachtig idee wordt de laatste jaren steeds populairder. Zou donkere materie zich vermommen door anapole elektromagnetische velden die elkaar cancelen?
Anapool (boven), elektrische dipool en magnetische dipool (onder).
Anapolen: onzichtbare velden
Eerst een lesje Grieks. Een magneet heeft een noord- en zuidpool, twee polen dus en heet daarom een dipool. Een elektrische lading kan wel los voorkomen en vormt een enkele pool, een monopool. Uiteraard kan van een positieve lading, gescheiden van een negatieve lading, ook een dipool gemaakt worden. Er bestaan ook elektromagnetische velden met vier polen (quadrupolen) en acht polen (octapolen). Anapolen (zonder pool) kennen geen enkele pool. Een anapool veld is van buiten onzichtbaar. Een elektromagnetische onzichtbaarheidsmantel dus. Wat, als donkere-materiedeeltjes door zo’n anapool veld omgeven worden en daarom onzichtbaar zijn? Dit zou verklaren, waarom ze niet waar te nemen zijn.
Majoranadeeltjes
De op mysterieuze wijze in 1934 verdwenen Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana veronderstelde dat er fermionische deeltjes bestaan, die hun eigen antideeltjes zijn. Deeltjes met deze eigenschap staan bekend als Majoranadeeltjes. Majoranadeeltjes zijn een aantrekkelijke kandidaat voor donkere materie, omdat ze alleen met elkaar reageren. Tot nu toe zijn er nog geen Majoranadeeltjes gevonden, alleen quasideeltjes met Majorana-eigenschappen. Fotonen zijn hun eigen antideeltjes en kunnen elkaar annihileren, maar dit zijn bosonen, geen fermionen.
Hoe zien anapolen er uit?
Magnetische anapolen zijn oorspronkelijk in 1958 voorgesteld door de briljante Sovjetnatuurkundige Yakov Zel’dovich. In 1977 aangetoond in de atoomkernen van cesium-133 and ytterbium-174. In deze oplossing lopen de magnetische veldlijnen in een ring. De elektrische veldlijnen omcirkelen deze ring als hoepels, zie de bovenste afbeelding in het diagram. Je kan zien dat er geen enkele veldlijn ontsnapt uit deze structuur. De reden dat anapolen vrijwel onmogelijk waar te nemen zijn.
Artist impression van Majorana-anapolen.
Anapolen enige toegestane veld rond Majoranadeeltjes
In een artikel analyseerden de natuurkundigen Robert Scherrer en Chiu Man Ho, die voor Vanderbilt University werken, welke vormen van elektromagnetische velden rond Majoranadeeltjes zijn toegestaan volgens de kwantummechanica. [2] Naar bleek, kunnen alleen anapolen rond Majoranadeeltjes voorkomen.
Hoe sneller, hoe meer wisselwerking
Hoe sneller anapolen bewegen, hoe sterker ze wisselwerken. Bij het ontstaan van het universum zou dan veel donkere materie deze wisselwerking hebben vertoond. Nu is door de veel lagere snelheden wisselwerking zeldzaam, waardoor de donkere materie rond zou blijven kolken.
Zou dit de verklaring voor donkere materie kunnen vormen?
Deze theorie is een erg elegant stukje natuurkunde. Er hoeft geen nieuwe natuurkracht te worden verzonnen, een beroep op de oude, vertrouwde elektromagnetische kracht is voldoende. Twee netelige problemen: de net als hun bedenker al een kleine eeuw vermiste Majoranadeeltjes en een ontbrekende verklaring voor de donkere materie worden in één klap opgelost. Scherrer en Ho tonen ook overtuigend aan, dat alleen een anapool veld rond een Majorana-fermion voor kan komen. Met andere woorden: bestaat het Majorana-fermion, dan moet het een anapool veld hebben, dus vrijwel onwaarneembaar zijn.
Het enige wat ontbreekt aan deze theorie is de detectie van het Majorana-fermion. Door deze duidelijke wiskundige omschrijving is het opzetten van een goed experiment om het deeltje aan te tonen of juist uit te sluiten, wel een stuk eenvoudiger geworden.
Anapolen als onzichtbaarheidsmantel en energieopslag
Zou je in staat zijn zelf grote anapolen te maken, dan zou je hierin energie op kunnen slaan. Ook zou je structuren ‘onzichtbaar’ kunnen maken. Dit laatste is precies wat een groepje Australiërs aan de Australian National University heeft gedaan. [4] Door de ladingen hierbinnen zo te verdelen dat zich een anapool vormde, slaagden de onderzoekers er in, schijfjes silicium op nanoschaal onzichtbaar te maken. Kortom: er zou wel eens een hoorn des overvloeds aan nieuwe technologie en mogelijkheden uit dit principe kunnen vloeien. [5]
Een experimentele kernfusiereactor zoals ITER kost tientallen miljarden, maar is nog steeds niet in staat meer elektriciteit op te leveren dan er in gaat. Dat gaat veranderen met een nieuw reactordesign, zegt althans een groep onderzoekers.
Enorm potentieel, altijd dertig jaar in de toekomst
Kernfusie ligt altijd dertig jaar in de toekomst, gaat een oude grap die al zo lang meegaat als kernfusieonderzoek zelf. En dat is lang: al meer dan zestig jaar wordt er onderzoek gedaan naar kernfusie. Dat is niet voor niets. Kernfusie, het samensmelten van twee lichte atoomkernen tot een zwaardere atoomkern, zou ons in staat stellen om gebruik te maken van een bijna onuitputtelijke energiebron. Er is op aarde rond de 1015 ton deuterium. Een kubieke meter zeewater bevat 300x meer energie dan een kubieke meter benzine.
Het project begon als een uit de hand gelopen studentenopdracht aan de Amerikaanse technische universiteit MIT in Boston, in een werkgroep geleid door een van de auteurs, Dennis Whyte. Door deze opdracht kregen de studenten de smaak te pakken en bleven aan het project werken.
De stikstofgekoelde, supergeleidende REBCO kabel (links) kan evenveel stroom geleiden als de dikke stroomkabel (rechts). Dankzij deze technologie kan het nieuwe fusiereactormodel tien keer zo compact worden.
Half zo klein als de ITER-reactor
In de nieuwe fusiereactor, op basis van het bestaande tokamakmodel van ITER, wordt gebruik gemaakt van bestaande technologie en materialen. Het is dus een nu al haalbaar ontwerp. Tokamaks hebben een reactiekamer in de vorm van een torus, of donut. Het verschil is, dat in de nieuwe reactor alle koperen stroomkabels rond de reactiekamer zijn vervangen door een supergeleidend materiaal. Daardoor kunnen er veel sterkere stromen doorheen en dus worden de elektromagneten, die het plasma in de fusiereactor gevangen houden, veel krachtiger. De hoeveelheid fusie in een tokamak fusiereactor neemt toe met de vierde macht van de sterkte van het magneetveld. Daardoor kan de fusiereactor de helft kleiner, en dus goedkoper, worden dan de bestaande tokamakreactors. Het magneetveld in de nieuwe reactor is bijna twee keer zo sterk als in ITER, waardoor de hoeveelheid fusie tien keer zo groot wordt. ITER is een monsterlijk ding met een doorsnede van een meter of dertig. Deze nieuwe reactor is veel kleiner, rond de vijftien meter. De reactor kan eveneens in tien jaar gebouwd worden, maar voor een aanzienlijk lager bedrag dan de 25 miljard euro die het ITER-project opslokt.
Het materiaal dat in het nieuwe ontwerp voor de stroomkabels wordt gebruikt, de met vloeibare stikstof gekoelde supergeleider REBCO, bestond nog niet toen ITER werd ontworpen.
Papier is geduldig
Het gaat hier om een ontwerp dat nog niet in de praktijk is gebouwd. Hoewel de fysica erachter bekend is en uitgebreid getest, kunnen er altijd nu nog niet voorziene complicaties optreden. Mogelijk veroorzaken de extreem sterke magneetvelden een quench in de REBCO supergeleider, doordat ze de supergeleidende zone inperken en zo overbelasten.
Bron
ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets,” Fusion Engineering and Design, dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.07.008
New Scientist maakte dit korte animatiefilmpje over de natuurkundige (on) mogelijkheden om tijd te reizen. Volgens veel natuurkundigen is tijdreizen mogelijk, onder bepaalde strenge voorwaarden, en zouden we een tijdmachine met toekomstige technieken kunnen bereiken.
Tijdreizen blijft problemen opleveren qua causaliteit. Denk aan de bekende grootvaderparadox: als je je eigen grootvader vermoordt voordat je wordt geboren, maak je je bestaan, en dus tijdreis, onmogelijk. Het enige geval van tijdreizen dat bekend is, op kwantumschaal, heeft strenge randvoorwaarden die in feite voorkomen dat informatie naar het verleden reist. Als tijdreizen mogelijk zal zijn, zul je dus waarschijnlijk terechtkomen in een parallel heelal. Als je dan je grootvader vermoordt, maak je alleen het jezelf in de spiegel kijken onmogelijk. Tenzij je psychopaat bent, natuurlijk.
Ontsnappen naar het verleden
Tijdreizen heeft nog een aantrekkelijke kant. We zitten opgesloten in een heelal met, zo zeggen sommige theorieën, een eindige levensduur. We zouden zo kunnen ontsnappen uit het heelal. Als we met een tijdmachine naar een tijdstip vóór de Big Bang zouden kunnen reizen, zouden we in een multiversum terecht komen met mogelijk allerlei onvoorstelbare mogelijkheden, zoals het creëren van je eigen heelal, dat je bijvoorbeeld eeuwigdurend zou kunnen maken door de beginvoorwaarden te tweaken. Althans in het heelal waarin we nu leven, is dit volledig in strijd met de natuurkunde van nu. Wel kunnen we wellicht direct uit dit heelal naar een ander heelal reizen, wat zeer spectaculaire mogelijkheden zou openen, los van tijdreizen.
In feite reizen we terug in de tijd, door herinneringen en opgeslagen informatie. Wel kunnen we dit verleden niet meer veranderen, Het is natuurlijk een feit dat we veel nog niet weten, en dat daarom enige bescheidenheid ons zou sieren.
Ongeveer zo stelde H.G. Wells zich een tijdmachine voor in zijn roman The Time Machine.
Kesong Liu van de Beihang Universiteit in de Chinese hoofdstad Beijing ontwikkelde met zijn team dit opmerkelijke apparaat, dat alle wetten van de natuurkunde lijkt te tarten.
De “antizwaartekrachtspomp” werkt door een netwerk van koperdraden, behandeld met alkalische oplossing zodat zich kleine gasbellen vormen. Als gevolg daarvan wordt het oppervlak extreem waterafstotend. Als een druppel die onder het netwerk wordt geplaatst naar boven wordt gezogen, door de oppervlaktespanning van water, wordt de vloeistof er boven als het ware naar boven geperst. Het systeem kan water niet verder dan een centimeter omhoog transporteren, maar is vermoedelijk erg nuttig voor labs on a chip.
Het systeem lijkt de wet van behoud van energie te schenden, maar vergeet niet dat water in een druppel, vooral een kleine druppel, energetisch ongunstiger is dan een bak water. Die energie komt vrij en drukt het water omhoog. Wat omlaag valt is een grote druppel.
De druppel wordt naar binnen gezogen. Antizwaartekrachtspomp?
Opladen kost veel tijd. Een nieuwe supercondensator slaat even veel energie op als een loodaccu, maar kan in enkele seconden geladen worden. Supercondensatoren laden in enkele seconden, maar slaan doorgaans maar weinig energie op.
Grafeen en condensatoren
De aan de Californische universiteit UCLA ontwikkelde condensator werkt op basis van grafeen. Condensatoren werken niet met chemische energie, maar slaan energie op als lading op zeer dunne platen. Hoe groter de oppervlakte van de platen, en hoe dichter de platen op elkaar staan, hoe meer energie de condensator op kan slaan. Grafeen bestaan uit één atoom dikke laagjes koolstof en is hiermee dus het ideale condensatormateriaal. Condensatoren hebben twee grote voordelen boven batterijen. Ze laden in seconden op, immers er is alleen elektrische stroom nodig en geen chemische reactie om ze op te laden, en ze kunnen tienduizenden malen op worden geladen zonder dat ze achteruit gaan.
De supercondensator, ontwikkeld door UCLA. Bron: UCLA.
‘Accu’, maar dan in enkele seconden opgeladen
Nadeel van supercondensatoren is dat ze maar weinig energie opslaan per kilogram. Je moet bij wijze van spreken een aanhanger met supercondensatoren achter je auto hangen om een benzinetank te vervangen. Met dit nieuwe type komt hier sterk verbetering in. Per kilogram slaat dit type ongeveer evenveel energie op als een loodaccu. Dat is ongeveer een derde van lithium-ion batterijen.
Hoe werkt het systeem?
De supercondensator bestaat uit gestapelde laagjes LSG, laser-geschreven grafeen, en mangaandioxide. De onderzoekers gebruikten een consumenten-CD brander en een oplossing van grafietoxide in water om LSG te fabriceren. Mangaandioxide geleidt slecht stroom, maar slaat wel goed lading op, de positieve mangaanionen en negatieve zuurstofionen helpen hierbij. Grafeen transporteert de lading naar de mangaandioxide, die nanostructuren vormt. De productietechniek die is toegepast vraagt niet de extreme temperaturen of de dure “dry rooms” die nu noodzakelijk zijn voor de productie van supercondensatoren. Omdat de condensator uit dunne laagjes bestaat, kan deze ook in zeer dunne plakken worden gefabriceerd, als krachtbron voor micro-elektronica en zeer dunne elektronica. Kortom: deze techniek heeft alles in zich om een disruptieve, exponentiële technologie te worden.
Nou leuk, maar wat zijn de voordelen?
Het opladen met deze dingen gaat zo snel, dat auto’s die voor een stoplicht staan, via de weg kunnen worden opgeladen. Gefrustreerde smartphone- en laptopbezitters zullen het voordeel snel snappen. Een tweede voordeel is dat er duizenden laadcycli mogelijk zijn. Nu zijn de grootste kosten aan een elektrische auto de batterijen. Hiermee gaan de energieopslagmodules letterlijk jaren mee, ongeveer even lang als de rest van de auto. Grafeen is nog peperduur, maar het basismateriaal, koolstof, is spotgoedkoop. Het tweede bestanddeel, mangaandioxide, wordt nu al massaal gebruikt in wegwerpbatterijen en is goedkoop. Kortom: zodra het lukt deze goedkoop en in grote oplages te produceren, is het einde oefening voor fossiele brandstoffen in het wegtransport en kunnen we een explosie aan micro-gadgets verwachten.
Volgens meerdere kwantuminterpretaties en de snaartheorie bestaan er naast ons knusse universum meerdere parallelle universa. Ons heelal lijkt de sporen te tonen van de botsing met iets, zelfs voor astronomische begrippen, enorms. Nu komen Belgische natuurkundigen met een bruikbare methode om uit te vinden of er een parallel universum is naast dat van ons. En nog beter, een manier om naar een parallelle wereld te reizen…
De perfecte bankroof
Stel, je zou van dit heelal naar een parallel heelal kunnen reizen en weer terug. Dan zou je vrij gemakkelijk goudstaven kunnen roven uit de kluis van de Nederlandsche Bank. Eerst stap je in huis in een ruimtepak, want in een parallel universum is de kans aanwezig dat je in het luchtledig terecht komt. Immers, het universum, dus ook een parallel universum, waar de natuurwetten op die van ons lijken, bestaat vrijwel geheel uit leegte. Dan gebruik je je apparaat, gaat met je stuwraketjes naar de locatie waar de goudstaven liggen in dit heelal en keert terug. Je vult je grote plunjezak met vele kilo’s goud en volgt dezelfde route. Terwijl jij gniffelend je buit telt en toekomstplannen maakt, komt er een ingelast extra journaal op TV.
Ander heelal
Volgens sommige theorieën kunnen deeltjes uit andere universa naar dit universum reizen en andersom. Dit kan als twee zogeheten 3-branen, de term in de snaartheorie voor driedimensionale parallelle universa, elkaar dicht genoeg naderen. Volgens sommige varianten van deze theorie bestaan deeltjes in meerdere branen tegelijkertijd: een vorm van superpositie.
De proefopstelling, zoals voorgesteld door Sarrazin en zijn collega’s
Botst één van deze deeltjes, bijvoorbeeld een neutron, met een ander deeltje, dan verdwijnt deze superpositie en “kiest” het deeltje tussen één van de universa waarin het voorkomt. Op dit manier kunnen neutronen van het ene 3-braan naar het andere lekken, aldus de onbewezen theorie althans. Stel, één van deze neutronen reist in het parallelle universum verder en wipt door een ander proces terug naar dit universum. Dan zullen barrières in dit universum, zoals de mantel rond een kernreactor, de neutronen niet tegenhouden en zullen sommige van deze neutronen toch gedetecteerd kunnen worden.
Geen afwijkingen
We zien in het dagelijks leven nooit deeltjes uit het niets verschijnen of verdwijnen. Deze lekkage komt dus vrijwel nooit, tot nooit voor. Vinden we neutronen die wél in staat zijn om van de ene braan naar de andere te springen, dan hebben we een doorslaggevend bewijs voor het bestaan voor een heelal naast het onze.
De voornaamste technische uitdaging is uiteraard hoe we neutronen uit ons universum kunnen onderscheiden van neutronen uit een parallel universum. Sarrazin en zijn collega’s willen dit bereiken door een kernreactor waaruit grote hoeveelheden neutronen vrijkomen, zelf denken ze aan de zeer krachtige neutronenleverende reactor van Institute Laue Langevin (ILL) in het Franse Grenoble, goed af te schermen en hier in de buurt een neutronendetector te plaatsen. Langzame, “thermische”, neutronen worden weggevangen door een mantel met een boorrijke verbinding rond de detector te plaatsen. Neutronen die ze waarnemen, moeten dus binnen de detector zijn opgedoken. Een tweede methode is, het vergelijken van de hoeveelheid waargenomen neutronen als functie van de afstand van de kernreactor. Staat de detector twee keer zo ver weg, dan zou het aantal waargenomen neutronen moeten dalen tot een kwart. Een derde methode is het meten van seizoenseffecten. Volgens de braantheorie waar Sarrazin c.s. in geloven, leidt een veranderend zwaartekrachtsveld tot meer of juist minder braaninteractie. De baan van de aarde om de zon is een ellips, waardoor er een lichte verandering in de zwaartekracht optreedt in de loop van het jaar. Dit zou dus een seizoenseffect op moeten leveren.
Door een muur schijnen
Dit effect zou ook met andere deeltjes, zoals fotonen kunnen optreden. Eerdere soortgelijke experimenten, waarbij met een sterke laser op een muur werd geschenen, leverden echter niets op. Het aantal deeltjes in een laser is vele ordes van grootte groter dan de neutronenflux uit een kernreactor. Onze apparatuur om fotonen te meten is ook veel gevoeliger, vrijwel 100% van alle fotonen wordt gedetecteerd. Als een foton uit de laserstraal de binnendoorgang via een parallel braan had genomen, hadden deze onderzoekers dit gemeten. Of dit iets gaat opleveren is dan ook de vraag.
Aan de andere kant zijn de gevolgen van het ontdekken van een parallel universum waar we heen kunnen reizen, enorm. Mogelijk zelfs de grootste ontdekking ooit in de geschiedenis van de mensheid. Als onderzoeksonderwerp dus zeker meer dan de moeite waard.
Voor het eerst is het gelukt om stukjes grafeen een permanente magnetische lading te geven, zonder dat het atoomdikke kippengaas van koolstofatomen moet worden vervuild met andere atomen. Wat zijn de mogelijkheden?
Duur wondermateriaal
Sinds de ontdekking van grafeen heeft het materiaal al de nodige records gebroken. Zo is het het sterkste materiaal ter wereld en heeft het ook het hoogste specifieke oppervlak. Slechts één ding weerhoudt de industrie van de massale toepassing van grafeen: de lastige en zeer kostbare productiemethode, al zijn ook op dit terrein nu doorbraken bereikt die de kosten met factor 1000 kunnen verminderen. Wat grafeen, zelfs na deze prijsdaling met €1 miljoen per vierkante meter nog steeds erg duur maakt. Maar gezien het grote aantal slimme mensen dat zich nu vastbijt op een goedkope productiemethode, zal dat niet al te lang meer duren. Slagen we erin deze kosten te laten dalen tot, zeg, €1 per vierkante meter, dan is het aantal toepassingen werkelijk krankzinnig groot.
Elementaire magneetjes in grafeen. Bron: UC-R.
Magnetisch grafeen
Aan deze toepassingen kan er nu eentje worden toegevoegd: het opslaan en verwerken van informatie. Jing Shi en zijn mede-onderzoekers van de University of California, Riverside, hebben grafeen met magnetische eigenschappen gecreëerd. Hiervoor plaatsten ze een stukje grafeen op het magnetische mineraal yttrium-ijzer granaat (YIG in de afbeelding). Er zijn andere materialen die de magnetische eigenschappen van grafeen kunnen veranderen, maar yttrium-ijzer granaat geleidt geen stroom. Daardoor worden de aantrekkelijke elektrische eigenschappen van grafeen niet veranderd. Als het grafeen weer wordt losgepeuterd, blijkt het nog steeds magnetisch te zijn. Omdat het grafeen chemisch gezien ongewijzigd is, moet het grafeen zelf magnetisch zijn geworden.
Spintronics
Onderzoekers zien een belangrijke toepassing in spintronics: elektronica, waarin signalen niet door worden gegeven door bewegende elektronen, maar ompolende magneetveldjes. Isospin is een kwantumeigenschap, die ruwweg overeenkomt met draairichting. Deeltjes en quasideeltjes met isospin kunnen twee, tegengestelde, richtingen op tollen, met slechts één snelheid. We praten dan dus over elektronica op atoomschaal, een factor 100 kleiner dan chips in 2015 , of factor 10.000 meer eenheden per vierkante mm. Grafeen zou ook gebruikt kunnen worden als magnetisch opslagmedium van informatie. Spintronics is ook veel zuiniger dan klassieke elektronica omdat elektronen niet stromen en er dus nauwelijks afvalwarmte wordt geproduceerd. Je smartphone of laptop kan dan opgeladen worden door bewegingen die je maakt.
![De proefopstelling. Bron: [1]](https://www.visionair.nl/wp-content/uploads/2015/12/medium.png)
![De proefopstelling. Bron: [1]](https://www.visionair.nl/wp-content/uploads/2015/12/medium-300x193.png)
