Spinozawinnaar Bouwmeester: 'Vliegtuigen aangedreven door kernfusie wordt wellicht mogelijk’
Leids experimenteel natuurkundige Dirk Bouwmeester zorgde voor een aantal belangrijke doorbraken in de kwantummechanica. Zijn Europese onderzoekgroep werkt ook aan een nieuwe DNA-detectietechniek en hoopt kernfusiereactoren drastisch te verbeteren.
Wat is uw reactie op het toekennen van deze prijs?
Dirk Bouwmeester was in de Verenigde Staten toen hij hoorde dat hem de Spinoza-premie was toegekend: 'Ik stond echt versteld, ik ben iedereen die zich voor mijn nominatie heeft ingezet enorm dankbaar.' Bouwmeester verdeelt zijn werktijd tussen de universiteit Leiden en de universiteit van Californië in Santa Barbara.
Gaat u dankzij de Spinoza-premie meer in Leiden werken?
'Nee, mijn onderzoek heeft beide plaatsen nodig. Leiden voor temperaturen vlak boven het absolute nulpunt, Santa Barbara voor de fabricage van nanostructuren.' Zijn groep bouwt aan een minuscuul spiegeltje dat letterlijk in twee standen tegelijk moet kunnen staan – in het jargon van de kwantumtheorie: in een superpositie van twee toestanden. Voor losse elektronen en atomen is dit bizarre verschijnsel allang aangetoond, in feite zou de hele kwantumtheorie zonder deeltjes in superpositie niet werken. Maar het spiegeltje, hoe klein ook, bestaat toch nog uit vele biljoenen atomen, en geldt daarom als een macroscopisch object, waarbij waarbij het maar de vraag is of superposities wel kunnen bestaan. Als dit lukt, moet dit gebeuren bij een temperatuur van hoogstens 300 nanokelvin, 0,0000003 graden boven het absolute nulpunt (- 273 graden Celsius). Bouwmeester: 'Dit spiegeltje tast de grenzen van de kwantumtheorie af, en of er wel grenzen zijn.'
Waar gaat u de Spinoza-premie nog meer aan besteden?
'We werken nu sinds kort ook samen met de afdeling Humane Genetica van het LUMC. We ontwikkelen zogeheten zilverclusters op DNA of RNA. De clusters bestaan slechts uit 5 tot 10 zilveratomen en kunnen licht uitzenden. Bovendien hangt de kleur van het licht af van de DNA-structuur, en die verandert als het DNA zich ergens aan hecht, bijvoorbeeld aan ander DNA. Zulke zilverclusters kunnen daarom dienen als optische labels in een levende cel. Aan de kleurverandering kunnen we dan zien of er iets verandert aan het DNA of in de directe omgeving ervan. Ik wil samen met biofysici en geneeskundigen mogelijke toepassingen van deze unieke dynamische optische labels onderzoeken.
Verknopen plasma, licht en magnetische velden
'Een heel ander project is het 'verknopen' van plasma, licht en magnetische velden. Tot nu toe was dat niet meer dan een theoretische mogelijkheid van de natuurwetten, maar twee jaar geleden zijn we in Leiden begonnen een plasma – een gloeiend heet gas – te beschijnen met ringvormige laserbundels om dat echt te realiseren. Ook hebben we nu een goed simulatieprogramma dat laat zien dat zulke structuren, met magnetische veldlijnen die in de knoop zitten, heel stabiel kunnen zijn.'
Wat zijn de vooruitzichten voor valorisatie van deze projecten?
'Voor de zilverclusters wil ik graag de samenwerkingen met het LUMC versterken, met name met de groep die zoekt naar een therapie voor Duchenne spierdystrofie, een erfelijke ziekte. Heel simpel gezegd, die groep ontwikkelt een soort pleister van DNA die het foute DNA van de patiënt afdekt, en optische labels kunnen mogelijk helpen om die behandeling echt op maat te maken.
Mogelijkheden kernfusie
Magnetische stabiliteit van een plasma is van groot belang voor kernfusie. Je ziet daar de dominantie van enorm grote projecten, zoals de Europese kernfusiereactor ITER . Hoe groter de reactor, hoe makkelijker het namelijk is om het plasma met magnetische velden onder controle te houden. Toch zie je dan dat het plasma instabiel wordt en de wand van de reactor beschadigt. Als die in plasma verknoopte magnetische velden te realiseren zijn, kan dat enorme gevolgen hebben , want dan kun je veel kleinere kernfusiereactoren bouwen. Vliegtuigen en, waarom niet, ruimteschepen voorzien van energie via een kernfusiereactor zie ik dan als een reële mogelijkheid.'
Welke resultaten zijn er al behaald?
'Het duurste project, met de nano-spiegel, is het verst gevorderd. We zijn al aan de zevende generatie van spiegel plus ophanging toe. De nieuwste twee generaties voldoen aan de mechanische eisen, maar het struikelblok is nu nog de onderdrukking van trillingen uit de omgeving. Die warmen de spiegel een heel klein beetje op. Ik verwacht dat we binnen een jaar de temperatuur omlaag kunnen brengen naar de vereiste 300 nanokelvin, dat is een hele belangrijke "milestone" voor het project. Er is nog te veel onzekerheid om te voorspellen hoe lang het daarna duurt om aan te tonen dat de spiegel echt in superpositie verkeert.
(6 juni 2014 / Arnout Jaspers)