Natuurkundige effecten: het Aharonov-Bohm effect

Share Button

Als derde in deze nieuwe serie: het Aharonov-Bohm effect. In de wereld om ons heen vinden een aantal opmerkelijke, soms zelfs bizarre verschijnselen plaats. Vaak worden deze genoemd naar de ontdekker of voorspeller. Visionaire uitvinders komen vaak tot unieke vindingen door deze effecten op slimme wijze toe te passen.

Wat houdt het Aharonov-Bohm effect precies in?
Op de middelbare school heb je waarschijnlijk geleerd dat bewegende elektrisch geladen objecten door een magneetveld worden beïnvloed, en magneten door een elektrisch veld,en dat elektrische geleiders een beschermende ‘kooi van Faraday’ vormen, waardoor elektrische en magnetische velden binnen de kooi nul zijn. Toch treedt er een bizar kwantumeffect op. Deeltjes als elektronen die zich binnen een kooi van Faraday bevinden, blijken namelijk wel degelijk te reageren op elektromagnetische velden buiten de kooi. Iets wat volgens de klassieke natuurkunde helemaal niet kan…

Hoe werd het Aharonov-Bohm effect ontdekt?
Net als het eerder al beschreven Casimireffect werd het Aharonov-Bohm effect vlak na de oorlog voorspeld. Eerst door de theoretisch natuurkundigen Werner Ehrenberg and Raymond E. Siday in 1949, wat de meeste natuurkundigen ontging; tien jaar later opnieuw door Yakir Aharonov en David Bohm. Het volgende jaar werd het effect experimenteel bevestigd.

Een spookachtige invloed (groen) beïnvloedt elektronen buiten de spoel. Bron/(c): American Physical Society

Een spookachtige invloed (groen) beïnvloedt elektronen buiten de spoel. Bron/(c): American Physical Society

Waardoor wordt het Aharonov-Bohm effect veroorzaakt?
Kwantumdeeltjes reageren niet zozeer op een elektromagnetisch veld, zoals je op de middelbare school leert, maar op de elektromagnetische potentiaal. Een klassiek gezien ‘onzichtbaar’ veld hangt samen met heel andere elektromagnetische potentiaal (bijvoorbeeld een magnetische potentiaal van 0,1 tesla sterker) en laat de deeltjes zich anders gedragen. De potentiaal is hiermee fundamenteel.

Wat kan je er mee?
De voornaamste waarde van het effect is theoretisch. Al eerder werd door natuurkundigen de elektromagnetische theorie van Maxwell omgeturnd in een zogeheten ijktheorie. Deze werkt met potentialen, waaruit weer het veld kan worden afgeleid (maar niet andersom). Dit leek alleen een wiskundige eigenaardigheid, tot de voorspelling van het Aharonov-Bohm effect. Dit effect treedt namelijk alleen op volgens de ijkversie. Het daadwerkelijk aantonen van het effect betekent dus dat elektromagnetische potentialen wel degelijk fysisch reëel zijn, fundamenteel zijn en het oudere begrip krachten, waarmee u op de middelbare school bent gepest, vervangen.

Een mogelijke praktische toepassing is het ontdekken van in een Faradaykooi verstopte werkende elektrische apparatuur, bijvoorbeeld afluisterapparatuur of bomontstekingen.
Een toepassing op nanoschaal die in volle ontwikkeling is, is het gebruik van het Aharonov-Bohm effect in nanoringen. Hierin waren pseudodeeltjes rond, excitons, die in feite een elektron en een daaraan gebonden elektrongat zijn. Door het effect kunnen de excitons en de buitenwereld op elkaar reageren en ontstaan mogelijkheden voor optische schakelaars in nanocomputers. Het is dus goed mogelijk dat dit bizarre effect over tien jaar in iedere moderne computer wordt gebruikt.

Meer informatie (Engels)
Aharonov-Bohm effect

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. paul-r schreef:

    Aharonov kende ik niet, Bohm wel. Ja dit vergt heel wat van mijn grijze cellen Germen, ik denk het als leek een heel klein beetje te begrijpen. zover ik het dan mee gekregen heb kan men het kwantummechanis gedrag beinvloeden. Komt bij mij de vraag boven drijven van: door deze gebeurtenissen van verandering in een atoom bv, het atoom daardoor veranderen ? Of is het maar een tijdelijk gegeven, dus een momentsfase?
    Hier nog een link van wiki in het nederlands voor de liefhebber: http://nl.wikipedia.org/wiki/Aharonov-Bohm-effect
    Mvg Paul.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger