VERENIGING BEURS VOOR DEN DIAMANTHANDEL
ANNO 1890
De theorie van de quantummechanica werd in de 20e eeuw ontwikkeld om het gedrag van deeltjes op microscopische schaal te beschrijven. Hoewel het succes van de theorie onomstreden was, leidde de interpretatie van de quantummechanica tot grote botsingen tussen de grote geesten van die tijd. Einstein deed de ene poging na de andere om aan te tonen dat de theorie niet compleet was, en daarbij stuitte hij op interessante paradoxen. In een artikel uit 1935 (samen met Podolsky en Rosen) probeerde hij aan te tonen dat quantummechanica niet het hele verhaal kon zijn, omdat het onder bepaalde omstandigheden leidde tot een verstrengeling van deeltjes: de toestand van deeltje A kon niet meer beschreven worden zonder de toestand van deeltje B erbij te betrekken, ongeacht de afstand tussen de deeltjes. Dat moest wel onzin zijn, aangezien niets sneller kan reizen dan het licht, dat had Einstein tenslotte zelf met zijn relativiteitstheorie bewezen.
Tijdens Einsteins leven waren dit soort bespiegelingen puur filosofisch, want er leek geen manier te zijn om de ideeën van Einstein ooit te testen. Maar in 1964, enkele jaren na zijn overlijden, kwam John Bell met een voorstel voor experimenten die duidelijk zouden maken wie er nou eigenlijk gelijk had. In de jaren 80 en 90 zijn verschillende van deze experimenten gedaan, met toenemende nauwkeurigheid en volledigheid, maar met telkens weer dezelfde uitkomst: quantummechanica geeft de juiste beschrijving, Einstein had geen gelijk: het kan inderdaad zo zijn dat toestanden van deeltjes elkaar beïnvloeden, ook al zijn ze ver van elkaar verwijderd!
Wat daarna volgt laat zien hoe flexibel de wetenschappelijke geesten zijn. De quantumverstrengeling wordt algemeen geaccepteerd als natuurverschijnsel en al snel komen er ideeën voor toepassingen. Een mooi voorbeeld hiervan is quantumteleportatie: het blijkt mogelijk om de toestand van een deeltje over grote afstand te “teleporteren” naar een ander deeltje, door slim gebruik te maken van verstrengeling en de eigenschappen van metingen in de quantummechanica. Teleportatie is vooral bekend geworden door Star Trek (“Beam me up, Scotty!”), waarin personen geteleporteerd worden. Quantumteleportatie verplaatst niet de materie, maar de toestand daarvan. Maar aangezien alle elementaire deeltjes exact hetzelfde zijn, heeft quantumteleportatie van een elektron naar een ander elektron hetzelfde effect als het verwisselen van de twee elektronen. Zo zou het dus ook, althans in principe, mogelijk zijn om mensen te teleporteren: je moet dan een kopie van de mens die je wilt teleporteren ergens anders klaar hebben staan, en dan de toestand van alle deeltjes van deze persoon teleporteren. Dit is niet realistisch. Maar quantumteleportatie van elektronen is praktisch wel mogelijk, en dat heeft interessante toepassingen.
De afgelopen tien jaar is een ware revolutie ingezet in de natuurkunde. Uit verschillende onderzoeksvelden, zoals optica, magnetische resonantie (zoals gebruikt in MRI), nanotechnologie en informatietheorie is een compleet nieuw onderzoeksgebied ontstaan, waarin geprobeerd wordt om het gedrag van elektronen en atoomkernen onder controle te krijgen. Als dit lukt zijn er interessante toepassingen mogelijk, zoals zeer snel quantumrekenen, communicatie die niet afgeluisterd kan worden en ultragevoelige sensoren die de moleculaire structuur van bijvoorbeeld eiwitten kunnen ontrafelen.
Aan het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen van de TU Delft proberen we elektronen en atoomkernen te dresseren. Daarvoor gebruiken we diamant, omdat daarin mini-gevangenisjes voor elektronen worden gevormd als er een stikstofatoom op de plaats van éen van de koolstofatomen zit. Omdat we deze gevangenissen individueel kunnen bekijken, is het mogelijk om éen elektron en éen atoomkern te bestuderen en te controleren. We kunnen sinds kort deze deeltjes in een vooraf bepaalde toestand zetten, hun quantummechanische toestand controleren en uitlezen. Ook zijn we erin geslaagd om de toestand van het elektron te verstrengelen met dat van het stikstofatoom, en hiermee hebben we een elementair algoritme voor quantumrekenen uitgevoerd.
Ons doel is nu om twee elektronen in verschillende diamanten, op enkele meters afstand van elkaar in een verstrengelde toestand te brengen door gebruik te maken van hun interactie met lichtdeeltjes. Als dit gelukt is, dan is de volgende stap de teleportatie van de toestand van het ene elektron, door het lab heen, naar het andere elektron. Als dat lukt ga ik er zelf tussen staan en twee keer met mijn ogen knipperen, want zelfs voor een quantumwetenschapper blijft teleportatie een bizar fenomeen.
Bron: Science Palooza.nl
Tijdens Einsteins leven waren dit soort bespiegelingen puur filosofisch, want er leek geen manier te zijn om de ideeën van Einstein ooit te testen. Maar in 1964, enkele jaren na zijn overlijden, kwam John Bell met een voorstel voor experimenten die duidelijk zouden maken wie er nou eigenlijk gelijk had. In de jaren 80 en 90 zijn verschillende van deze experimenten gedaan, met toenemende nauwkeurigheid en volledigheid, maar met telkens weer dezelfde uitkomst: quantummechanica geeft de juiste beschrijving, Einstein had geen gelijk: het kan inderdaad zo zijn dat toestanden van deeltjes elkaar beïnvloeden, ook al zijn ze ver van elkaar verwijderd!
Wat daarna volgt laat zien hoe flexibel de wetenschappelijke geesten zijn. De quantumverstrengeling wordt algemeen geaccepteerd als natuurverschijnsel en al snel komen er ideeën voor toepassingen. Een mooi voorbeeld hiervan is quantumteleportatie: het blijkt mogelijk om de toestand van een deeltje over grote afstand te “teleporteren” naar een ander deeltje, door slim gebruik te maken van verstrengeling en de eigenschappen van metingen in de quantummechanica. Teleportatie is vooral bekend geworden door Star Trek (“Beam me up, Scotty!”), waarin personen geteleporteerd worden. Quantumteleportatie verplaatst niet de materie, maar de toestand daarvan. Maar aangezien alle elementaire deeltjes exact hetzelfde zijn, heeft quantumteleportatie van een elektron naar een ander elektron hetzelfde effect als het verwisselen van de twee elektronen. Zo zou het dus ook, althans in principe, mogelijk zijn om mensen te teleporteren: je moet dan een kopie van de mens die je wilt teleporteren ergens anders klaar hebben staan, en dan de toestand van alle deeltjes van deze persoon teleporteren. Dit is niet realistisch. Maar quantumteleportatie van elektronen is praktisch wel mogelijk, en dat heeft interessante toepassingen.
De afgelopen tien jaar is een ware revolutie ingezet in de natuurkunde. Uit verschillende onderzoeksvelden, zoals optica, magnetische resonantie (zoals gebruikt in MRI), nanotechnologie en informatietheorie is een compleet nieuw onderzoeksgebied ontstaan, waarin geprobeerd wordt om het gedrag van elektronen en atoomkernen onder controle te krijgen. Als dit lukt zijn er interessante toepassingen mogelijk, zoals zeer snel quantumrekenen, communicatie die niet afgeluisterd kan worden en ultragevoelige sensoren die de moleculaire structuur van bijvoorbeeld eiwitten kunnen ontrafelen.
Aan het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen van de TU Delft proberen we elektronen en atoomkernen te dresseren. Daarvoor gebruiken we diamant, omdat daarin mini-gevangenisjes voor elektronen worden gevormd als er een stikstofatoom op de plaats van éen van de koolstofatomen zit. Omdat we deze gevangenissen individueel kunnen bekijken, is het mogelijk om éen elektron en éen atoomkern te bestuderen en te controleren. We kunnen sinds kort deze deeltjes in een vooraf bepaalde toestand zetten, hun quantummechanische toestand controleren en uitlezen. Ook zijn we erin geslaagd om de toestand van het elektron te verstrengelen met dat van het stikstofatoom, en hiermee hebben we een elementair algoritme voor quantumrekenen uitgevoerd.
Ons doel is nu om twee elektronen in verschillende diamanten, op enkele meters afstand van elkaar in een verstrengelde toestand te brengen door gebruik te maken van hun interactie met lichtdeeltjes. Als dit gelukt is, dan is de volgende stap de teleportatie van de toestand van het ene elektron, door het lab heen, naar het andere elektron. Als dat lukt ga ik er zelf tussen staan en twee keer met mijn ogen knipperen, want zelfs voor een quantumwetenschapper blijft teleportatie een bizar fenomeen.
Bron: Science Palooza.nl
Teleportatie en diamanten
Ronald Hanson heeft een onderzoeksgroep bij het Kavli Institute of Nanoscience van de TU in Delft. Hij werkt aan nanodeeltjes en is een belangrijke grondlegger van onderzoek naar quantuminformatietechnologie. In deze column vertelt hij hoe hij diamanten gebruikt om deeltjes en elektronen te dresseren.
Sommige aannames over hoe de natuur werkt zijn zo vanzelfsprekend dat je er nooit vraagtekens bij zal zetten. Zoals dat onze de fiets in de schuur staat ongeacht of we ernaar kijken of niet. Of dat iets wat in Den Haag gebeurt niet direct beïnvloed wordt door iets wat op hetzelfde moment op de planeet Jupiter aan de gang is. Toch blijken deze aannames (die samen bekend staan als locaal realisme) fout te zijn. Deze vreemde constatering biedt naast hersengekraak ook nieuwe mogelijkheden: zo onderzoeken wij of we er elektronen in diamant mee kunnen teleporteren.
Ronald Hanson heeft een onderzoeksgroep bij het Kavli Institute of Nanoscience van de TU in Delft. Hij werkt aan nanodeeltjes en is een belangrijke grondlegger van onderzoek naar quantuminformatietechnologie. In deze column vertelt hij hoe hij diamanten gebruikt om deeltjes en elektronen te dresseren.
Sommige aannames over hoe de natuur werkt zijn zo vanzelfsprekend dat je er nooit vraagtekens bij zal zetten. Zoals dat onze de fiets in de schuur staat ongeacht of we ernaar kijken of niet. Of dat iets wat in Den Haag gebeurt niet direct beïnvloed wordt door iets wat op hetzelfde moment op de planeet Jupiter aan de gang is. Toch blijken deze aannames (die samen bekend staan als locaal realisme) fout te zijn. Deze vreemde constatering biedt naast hersengekraak ook nieuwe mogelijkheden: zo onderzoeken wij of we er elektronen in diamant mee kunnen teleporteren.
Koolstof
Zo'n planeet zou kunnen ontstaan in een omgeving die rijk is aan koolstof. Koolstof is na waterstof en helium het meest voorkomende element in het heelal. Een diamanten planeet is echter vrijwel zeker onbewoonbaar, aldus de onderzoekers.
Koolstof is een uitstekende warmtegeleider. De planeet zal daardoor zeer snel afkoelen, waardoor er geen energie meer beschikbaar is voor het opwekken van een magnetisch veld om schadelijke kosmische straling buiten de deur te houden.
Aardmantel
Overigens blijkt uit de modelberekeningen van Panero en Kabbes dat er ook in het binnenste van de aarde, net buiten de kern, in het diepste deel van de aardmantel, waarschijnlijk een diamantrijke laag voorkomt.
Eerder dit jaar werd de ontdekking van een 'diamanten planeet' bekend gemaakt, maar in dat geval ging het om het afgekoelde, gecondenseerde overblijfsel van een ster.
Bron: Nu.nl
Zo'n planeet zou kunnen ontstaan in een omgeving die rijk is aan koolstof. Koolstof is na waterstof en helium het meest voorkomende element in het heelal. Een diamanten planeet is echter vrijwel zeker onbewoonbaar, aldus de onderzoekers.
Koolstof is een uitstekende warmtegeleider. De planeet zal daardoor zeer snel afkoelen, waardoor er geen energie meer beschikbaar is voor het opwekken van een magnetisch veld om schadelijke kosmische straling buiten de deur te houden.
Aardmantel
Overigens blijkt uit de modelberekeningen van Panero en Kabbes dat er ook in het binnenste van de aarde, net buiten de kern, in het diepste deel van de aardmantel, waarschijnlijk een diamantrijke laag voorkomt.
Eerder dit jaar werd de ontdekking van een 'diamanten planeet' bekend gemaakt, maar in dat geval ging het om het afgekoelde, gecondenseerde overblijfsel van een ster.
Bron: Nu.nl
Diamanten super-aardes mogelijk
Volgens onderzoekers van de Ohio State University in de Verenigde Staten zouden er in het heelal grote, zware planeten kunnen voorkomen die voor meer dan de helft uit koolstof bestaan, in de vorm van diamant.
Dat concluderen Wendy Panero en Jason Kabbes op basis van laboratoriumexperimenten waarbij mengsels van ijzer, koolstof en zuurstof onder extreem hoge druk werden gebracht (65 gigapascal, vergelijkbaar met de druk in de kern van de aarde).
De resultaten van die experimenten werden vervolgens verwerkt in modelberekeningen van planeten.
Uit de nieuwe analyse, die morgen gepresenteerd wordt op de najaarsbijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco, blijkt dat er 'super-aardes' kunnen bestaan (ca. 15 keer zo zwaar als de aarde) met een kern van ijzer en koolstof zo hard als staal, en een mantel die voornamelijk uit diamant bestaat, als gevolg van de hoge druk.
Volgens onderzoekers van de Ohio State University in de Verenigde Staten zouden er in het heelal grote, zware planeten kunnen voorkomen die voor meer dan de helft uit koolstof bestaan, in de vorm van diamant.
Dat concluderen Wendy Panero en Jason Kabbes op basis van laboratoriumexperimenten waarbij mengsels van ijzer, koolstof en zuurstof onder extreem hoge druk werden gebracht (65 gigapascal, vergelijkbaar met de druk in de kern van de aarde).
De resultaten van die experimenten werden vervolgens verwerkt in modelberekeningen van planeten.
Uit de nieuwe analyse, die morgen gepresenteerd wordt op de najaarsbijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco, blijkt dat er 'super-aardes' kunnen bestaan (ca. 15 keer zo zwaar als de aarde) met een kern van ijzer en koolstof zo hard als staal, en een mantel die voornamelijk uit diamant bestaat, als gevolg van de hoge druk.
De moleculen in diamantenkristallen zijn heel structureel geordend, als een traliewerk. Door met een laser op de diamantjes te schijnen kan een hele een groep geordende kristallen in een hoog-energetische staat komen. Dit heet een phonon. De onderzoekers creëerden met een laser zo´n phonon in één van de diamantjes, maar ze wisten niet in welke diamant. Vervolgens zagen ze dat het phonon tegelijk in beide diamanten aanwezig was, terwijl ze maar één phonon gecreëerd hadden.
Natuurkundigen zijn geïnteresseerd om kwantumverstrengeling beter te begrijpen, om de toepassing hiervan in kwantumcomputers mogelijk te maken. Kwantumcomputers zijn vele malen krachtiger zijn dan normale computers, en hiermee kan bijvoorbeeld informatie veel veiliger worden verstuurd dan via internet. Een computer met een extreem lage temperatuur is vrij lastig, maar de diamantjes vertoonden hun kunstje gewoon bij kamertemperatuur. De kwantumverstrengeling duurde echter maar een paar picoseconden (0,000000000007 seconde), wat kort voor praktische toepassingen, maar het begin is er.
Bron: faqt.nl /Metro.nl
Natuurkundigen zijn geïnteresseerd om kwantumverstrengeling beter te begrijpen, om de toepassing hiervan in kwantumcomputers mogelijk te maken. Kwantumcomputers zijn vele malen krachtiger zijn dan normale computers, en hiermee kan bijvoorbeeld informatie veel veiliger worden verstuurd dan via internet. Een computer met een extreem lage temperatuur is vrij lastig, maar de diamantjes vertoonden hun kunstje gewoon bij kamertemperatuur. De kwantumverstrengeling duurde echter maar een paar picoseconden (0,000000000007 seconde), wat kort voor praktische toepassingen, maar het begin is er.
Bron: faqt.nl /Metro.nl
Diamanten die communiceren
Deeltjes kunnen volgens de natuurkunde met elkaar in verbinding staan, zonder dat ze werkelijk contact maken. Dit verschijnsel heet kwantumverstrengeling, en is het beste uit te leggen aan de hand van twee kinderen op een wipwap. Als het ene kind boven is, is de ander automatisch beneden. Daarvoor is geen communicatie tussen de kinderen nodig, het gebeurt gewoon.
Kwantumverstrengeling was tot nu toe voornamelijk gelukt bij heel kleine deeltjes en hele lage temperaturen. Een groep natuurkundigen
http://www.nature.com/news/entangled-diamonds-vibrate-together-1.9532
heeft het nu voor elkaar gekregen om kwantumverstrengeling aan te tonen bij grotere objecten, op een grotere afstand. Namelijk in diamanten van 3 millimeter groot, die 15 centimeter van elkaar geplaatst waren.
Deeltjes kunnen volgens de natuurkunde met elkaar in verbinding staan, zonder dat ze werkelijk contact maken. Dit verschijnsel heet kwantumverstrengeling, en is het beste uit te leggen aan de hand van twee kinderen op een wipwap. Als het ene kind boven is, is de ander automatisch beneden. Daarvoor is geen communicatie tussen de kinderen nodig, het gebeurt gewoon.
Kwantumverstrengeling was tot nu toe voornamelijk gelukt bij heel kleine deeltjes en hele lage temperaturen. Een groep natuurkundigen
http://www.nature.com/news/entangled-diamonds-vibrate-together-1.9532
heeft het nu voor elkaar gekregen om kwantumverstrengeling aan te tonen bij grotere objecten, op een grotere afstand. Namelijk in diamanten van 3 millimeter groot, die 15 centimeter van elkaar geplaatst waren.
De Australische schotel waarmee de planeet is ontdekt. © epa
Astronomen ontdekken loodzware planeet van 'diamant'
Het is het allerlaatste woordje van het artikel in het wetenschappelijk tijdschrift Science en het staat ook nog eens tussen haakjes: diamant. Maar iedereen slaat er natuurlijk op aan. Een diamanten planeet vind je niet elke dag.
Het is het allerlaatste woordje van het artikel in het wetenschappelijk tijdschrift Science en het staat ook nog eens tussen haakjes: diamant. Maar iedereen slaat er natuurlijk op aan. Een diamanten planeet vind je niet elke dag.
Het kostbare hemellichaam, met een gewicht van een slordige tien kwintiljoen karaat, draait elke twee uur en tien minuten in een nauwe baan rond een pulsar, een sterretje dat zwaarder is dan de zon, maar kleiner dan Texel. Die pulsar (J1719-438) tolt 175 keer per seconde om zijn eigen as, fors sneller dan een boormachine.
Uit precisiemetingen aan de radiobliepjes van de pulsar hebben sterrenkundigen in Australië en Engeland kunnen afleiden wat er omheen zwiert. Naar alle waarschijnlijkheid gaat het om een exotisch hemellichaam dat ongeveer even zwaar is als de reuzenplaneet Jupiter, maar slechts een paar keer zo groot als de aarde.
Witte dwerg
Maar is het inderdaad een planeet? Volgens de onderzoekers, onder leiding van Matthew Bailes van de Australische Swinburne-universiteit, was de bizarre begeleider in een vorig leven in elk geval nog een ster. Die eindigde zijn bestaan als een witte dwerg - een compacte bal van waterstof, helium, koolstof en zuurstof.
Onder invloed van de energierijke straling van de pulsar is die witte dwerg in de loop van de tijd grotendeels 'verdampt' en verloor hij al zijn lichte gassen. Uiteindelijk bleef er weinig meer over dan een relatief kleine, koude knikker van koolstof- en zuurstofatomen, met een zeer hoge dichtheid.
Extreme dichtheid
Het is die extreme dichtheid (minimaal 23 gram per kubieke centimeter) die aanleiding geeft tot dat spraakmakende laatste woordje in het artikel dat Bailes en zijn collega's deze week in
Science publiceren. Want als je koolstof zó sterk samenperst, krijg je een diamant. Dat geldt niet alleen in de aardkorst onder Zuid-Afrika, maar overal in de natuur.
Een mijnbouwexpeditie zit er voorlopig echter niet in. De diamanten 'planeet' staat op zo'n 4.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Slang en wordt gegeseld door de dodelijke röntgenstraling van de pulsar waar hij omheen draait.
Bron: Volkskrant.nl
Uit precisiemetingen aan de radiobliepjes van de pulsar hebben sterrenkundigen in Australië en Engeland kunnen afleiden wat er omheen zwiert. Naar alle waarschijnlijkheid gaat het om een exotisch hemellichaam dat ongeveer even zwaar is als de reuzenplaneet Jupiter, maar slechts een paar keer zo groot als de aarde.
Witte dwerg
Maar is het inderdaad een planeet? Volgens de onderzoekers, onder leiding van Matthew Bailes van de Australische Swinburne-universiteit, was de bizarre begeleider in een vorig leven in elk geval nog een ster. Die eindigde zijn bestaan als een witte dwerg - een compacte bal van waterstof, helium, koolstof en zuurstof.
Onder invloed van de energierijke straling van de pulsar is die witte dwerg in de loop van de tijd grotendeels 'verdampt' en verloor hij al zijn lichte gassen. Uiteindelijk bleef er weinig meer over dan een relatief kleine, koude knikker van koolstof- en zuurstofatomen, met een zeer hoge dichtheid.
Extreme dichtheid
Het is die extreme dichtheid (minimaal 23 gram per kubieke centimeter) die aanleiding geeft tot dat spraakmakende laatste woordje in het artikel dat Bailes en zijn collega's deze week in
Science publiceren. Want als je koolstof zó sterk samenperst, krijg je een diamant. Dat geldt niet alleen in de aardkorst onder Zuid-Afrika, maar overal in de natuur.
Een mijnbouwexpeditie zit er voorlopig echter niet in. De diamanten 'planeet' staat op zo'n 4.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Slang en wordt gegeseld door de dodelijke röntgenstraling van de pulsar waar hij omheen draait.
Bron: Volkskrant.nl
