Universiteit Leiden

nl en

Zwarte gaten met ‘dreadlocks’ bieden inzicht in quantummaterie

Natuurkundigen begrijpen nog weinig van quantummaterie, dat bijvoorbeeld ten grondslag ligt aan toekomstige quantumcomputers. Theoretici hebben nu ontdekt dat zwarte gaten met ‘dreadlocks’ op eenzelfde manier zijn opgebouwd, wat het rekenwerk aan quantummaterie vergemakkelijkt. Publicatie in Physical Review Letters.

Fasetoestand

Uit ons dagelijks leven kennen we drie fasetoestanden: vast, vloeibaar en gas. We merken een stuk minder van andere fases waarin materialen kunnen zitten, zoals magnetisme, waarin alle deeltjes strak geordend naast elkaar staan, of supervloeibaar, waarbij een stof totaal geen stroperigheid vertoont. Materiaal kan ook in een fase zitten waarin deeltjes met elkaar zijn verstrengeld. Verstrengeling is een quantummechanisch verschijnsel, en fysici noemen deze fase daarom quantummaterie. Op dit moment begrijpen we hier echter nog erg weinig van. Een onderzoeksgroep onder leiding van Leids fysicus Jan Zaanen heeft nu een theorie ontwikkeld voor een ander verschijnsel dat sprekend lijkt op quantummaterie.

Dreadlocks

Zaanens nieuwe theorie beschrijft een zwart gat met een opvallende, vervlochten textuur, zoals dreadlocks. Dit is in tegenspraak met het zogenoemde ‘no-hair theorema’: zwarte gaten hebben geen haar. Dat betekent dat we aan een zwart gat slechts drie eigenschappen kunnen aflezen—zijn massa, elektrische lading en draaiimpuls. Het oppervlak is dus volkomen glad, als een kaalgeschoren hoofd. De theoretische variant van een zwart gat kan binnen de zogenoemde snaartheorie juist wél haar hebben; in dit geval met Rastafari-kapsel.

Zelfde patroon

De theorie geeft natuurkundigen een handvat om makkelijker te rekenen aan de nog onbegrepen fasetoestand van quantummaterie. Het Rastafari zwarte gat blijkt namelijk een georkestreerd patroon te herbergen van exotische vormen van orde, dat niet te onderscheiden is van experimentele waarnemingen van het elektrische fenomeen ‘hoge-temperatuur-supergeleiding’, waar quantummaterie bij betrokken is. Experimenteel natuurkundigen vragen zich al decennia af waarom ze deze exotische ordening waarnemen. Zaanen ziet nu hetzelfde in theoretische zwarte gaten met ‘rastakapsel’.