07 oktober 2025 15:08
John Clarke (links), Michel H. Devoret (midden) en John M. Martinis (rechts) ontvangen dit jaar de Nobelprijs voor Natuurkunde. Beeld: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach.
De Nobelprijs voor Natuurkunde gaat naar drie wetenschappers die aantoonden dat quantumverschijnselen toch niet alleen op de allerkleinste schaal voorkomen.
De wereld om ons heen volgt netjes allerlei natuurkundige wetten en is daardoor vrij goed voorspelbaar. Maar op de allerkleinste schaal, die van elementaire deeltjes zoals elektronen en fotonen, lijken er heel andere regels te gelden. De ultrakleine deeltjes gedragen zich vanuit ons perspectief vreemd en onlogisch.
Deze quantumverschijnselen spelen zich alleen af op zogenoemde microscopische schaal – terwijl ze veel kleiner zijn dan wat we kunnen zien met optische microscopen. Ze treden vooral op bij individuele deeltjes. Bij grotere systemen met meerdere deeltjes (macroscopische schaal) lijken ze te verdwijnen en gedragen de systemen zich volgens de klassieke natuurkundige wetten.
Tenminste, dat was lange tijd de gedachte. In 1984 en 1985 voerden de Britse John Clarke, de Franse Michel Devoret en de Amerikaanse John Martinis een reeks experimenten uit waarmee ze demonstreerden dat quantummechanische eigenschappen ook op macroscopische schaal kunnen voorkomen.
Daarvoor ontvangen ze dit jaar de Nobelprijs voor Natuurkunde. “Deze ontdekking heeft kansen geboden voor de ontwikkeling van de volgende generatie quantumtechnologie, waaronder quantumcryptografie, quantumcomputers en quantumsensoren”, aldus het Zweedse Nobelcomité.
Lees ook:
Wanneer je een bal tegen een muur aan gooit, kaatst hij terug. Hij kan namelijk onmogelijk door de muur bewegen en aan de andere kant tevoorschijn komen. In de quantumwereld is dat opmerkelijk genoeg wel mogelijk. Een individueel elementair deeltje heeft een bepaalde kans om dwars door een barrière te bewegen. Dit heet het tunneleffect.
De drie Nobelwinnaars hebben laten zien dat dit tunneleffect ook op macroscopische schaal kan voorkomen. Ze bouwden een elektrisch circuit met twee supergeleiders, componenten die stroom zonder weerstand geleiden. Ze scheidden de twee supergeleiders met een dun laagje materiaal dat juist helemaal geen stroom geleidde.
Normaliter kan er geen elektrische stroom door dat dunne isolerende laagje, dus is de spanning in het circuit nul. Maar het drietal heeft aangetoond dat de elektronen in de supergeleiders zich samen gedragen als één deeltje en via het tunneleffect de barrière kunnen doorkruisen. Ze maten namelijk op een gegeven moment spanning over het circuit. De vele elektronen gedroegen zich samen dus als een quantumdeeltje.
Dat werd extra duidelijk toen bleek dat het ontstane systeem gequantiseerd was, wat betekent dat het energie alleen in specifieke hoeveelheden absorbeerde of uitzond. Dit is een fundamentele eigenschap voor alle quantumsystemen.
Hiermee hebben de Nobelwinnaars laten zien dat quantumverschijnselen niet beperkt zijn tot losse deeltjes, maar ook zichtbaar kunnen zijn op macroscopische schaal.
Deze ontdekking verbeterde onze kennis van de quantumwereld en maakte talloze nieuwe experimenten mogelijk. Het vernieuwde begrip is ook essentieel geweest voor de ontwikkeling van moderne computerchips. Het staat daarnaast aan de basis voor toekomstige technologieën, zoals quantumcomputers.
Deze week worden ook de winnaars van de andere Nobelprijzen bekendgemaakt, op woensdag voor Scheikunde, op donderdag voor Literatuur en op vrijdag voor de Vrede. Maandag werd bekend dat de ontdekkers van cellen die auto-immuunziekten voorkomen de Nobelprijs voor Geneeskunde hebben gewonnen. Maandag 13 oktober wordt de Prijs voor Economie bekendgemaakt, hoewel dit geen echte Nobelprijs is. Op 10 december worden de prijzen officieel uitgereikt.
Bron: Nobelprize.org
Duik in de wereld van wetenschap, technologie en ruimtevaart met KIJK! Ontdek de meest fascinerende achtergronden, baanbrekende ontwikkelingen en de spannendste verhalen uit de ruimte.
Wil jij niets missen én profiteren van een scherpe aanbieding? Word nu lid van KIJK en lees meer voor minder!
