Elektronen gevonden die stromen als water
Het blad Science publiceert drie artikelen tegelijk over een belangrijke ontdekking in vastestoffysica. Leids natuurkundige Jan Zaanen bespreekt deze ontdekking in dezelfde uitgave van 4 maart.
Simultane ontdekking
Drie afzonderlijke onderzoeksgroepen hebben simultaan ontdekt dat elektronen zich gedragen als een vloeistof wanneer ze door bepaalde materialen stromen. Tot nu toe hadden wetenschappers dit effect alleen waargenomen in extreem exotische omstandigheden, zoals de condities ten tijde van de oerknal. Natuurkundigen zien nu voor het eerst elektronen vloeien alsof ze een waterstroom vormen in ‘alledaagse’ materialen — in dit geval grafeen en PdCoO3.
Water
Als je een tuinslang opendraait, zet je niet alleen een spervuur van individuele waterdeeltjes in gang, maar een echte stroom van vloeibaar water. Water is anders dan zijn som der delen. Het gedraagt zich als vloeistof, met verschijnselen zoals golven, turbulentie en viscositeit. Wanneer je thuis de lampen aandoet, breng je echter slechts een reeks losse elektronen in beweging, zoals kogels uit een mitrailleur. Normaal gesproken gedraagt elektriciteit zich niet als vloeistof.
Elektronen
Maar in de natuurkunde zijn dingen vaak niet zo normaal als ze op het eerste gezicht lijken. In drie onafhankelijke onderzoeken en met gebruik van verschillende materialen hebben wetenschappers ontdekt dat elektronen wel degelijk water kunnen imiteren. En verbazingwekkend genoeg deden ze hun ontdekking praktisch tegelijkertijd. Wanneer elektronen een sterk interacterend systeem vormen, gedragen ze zich gezamenlijk als vloeistof, mits de temperatuur niet vlakbij het absolute nulpunt ligt. Als toonaangevend expert in dit vakgebied bespreekt Jan Zaanen deze ontdekking in een Perspective in Science.
Grote belofte
Zaanen ziet een grote belofte in de onderliggende rijkdom van stromende elektronen, vergeleken bij conventionele elektriciteit. De golven en turbulentie die inherent zijn aan de zogenoemde hydrodynamica geven toekomstige technologie mogelijk een geheel nieuwe dimensie. Ook voor onderzoeksdoeleinden heeft de ontdekking enorme waarde. Deze stelt wetenschappers bijvoorbeeld in staat hun theorieën te testen over de fysica achter vreemde metalen in het laboratorium. Deze materialen zijn opgebouwd uit een borrelende soep van zeer sterk interacterende deeltjes waarover wetenschappers nog maar weinig weten, en die waarschijnlijk fundamentele natuurwetten zullen blootleggen.