Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde

Natuurkundigen van het LION doen fundamenteel onderzoek naar natuurkundige verschijnselen, gedreven door nieuwsgierigheid en de wens om de kennis over de wereld waarin wij bestaan te vergroten. Dergelijk onderzoek is altijd een wegbereider gebleken naar toepassingen, en daar hebben de LION onderzoekers een open oog voor.

Dat is al zo sinds Hendrik Antoon Lorentz en Heike Kamerlingh Onnes begin twintigste eeuw Nobelprijzen voor de Natuurkunde wonnen. Dit bleek een opmaat voor een periode waarin grootheden als Paul Ehrenfest, Lorentz, Onnes en ook gasthoogleraar Albert Einstein bijdroegen aan verschillende revoluties in de natuur- en sterrenkunde, zoals de relativiteitstheorie, de quantummechanica, het vloeibaar maken van helium, en de ontdekking van supergeleiding.

Theoretisch en experimenteel

Ook toen al kende Leiden een hechte band tussen de theoretisch natuurkundigen, die verschijnselen proberen te begrijpen en te voorspellen, en experimenteel natuurkundigen, die in het laboratorium met experimenten de grenzen opzoeken van wat uitvoerbaar en meetbaar is. LION kent dan ook twee pijlers. De theoretisch natuurkundigen zijn verenigd in het Lorentz Instituut, de experimenteel natuurkundigen in het Huygens-Kamerlingh Onnes Laboratorium. 

Quantumwereld

Een belangrijk Leids onderzoeksgebied is dat van de quantumwereld, de tegen-intuïtieve natuurkunde van het allerkleinste. Experimentatoren werken aan het ontwikkelen van bouwstenen voor quantuminformatie-netwerken waar licht (fotonen) de informatiedrager is. Theoretici ontwikkelen quantum-algoritmes waarmee toekomstige quantumcomputers complexe berekeningen sneller uit kunnen voeren. Voor het ontwikkelen van nieuwe soorten moleculen of materialen zal hierdoor een nieuwe wereld open gaan.

Ook onderzoeken theoretici en experimenteel natuurkundigen verschijnselen die voortvloeien uit deze quantummechanica, zoals de supergeleiding die Kamerlingh Onnes al in 1911 ontdekte bij zeer lage temperaturen. Supergeleiding wordt toegepast in MRI-scanners of energiezuinige stroomkabels.

Het universum en het leven

Kosmologie is een vakgebied waar natuurkundigen en sterrenkundigen elkaar tegenkomen. Leidse theoretici onderzoeken het verband tussen deeltjesfysica, de oerknal, uitdijing van het heelal, en donkere energie en materie, in nauwe samenwerking met de sterrenkundigen van de Leidse Sterrewacht.

Een derde onderzoeksgebied is de natuurkunde van levende en complexe systemen, variërend van individuele moleculen, zoals DNA, tot aan toe hele cellen. Hoe cellen hun taken uitvoeren, signalen uitwisselen, bewegen of krachten uitoefenen zijn vaak natuurkundige vragen, die wel kunnen leiden tot toepassingen op biomedisch gebied. Ook onderzoeken Leidse natuurkundigen zachte materialen, zoals colloïden om microrobots te bouwen, en de natuurkunde van netwerken of het opvouwen van materialen.

Instrumentenbouwers

Naast de band tussen theorie en experiment is de ontwikkeling van instrumentatie ook een typisch Leidse traditie. Zo bouwt LION aan  verschillende typen extreem gevoelige microscopen, om materialen en verschijnselen te onderzoeken. Zulke bijzondere apparatuur wordt ontwikkeld in nauwe samenwerking met de Fijnmechanische Dienst en de Elektronica-afdeling van de faculteit, expertisecentra die op hun beurt putten uit het talent van 'de buren': de Leidse Instrumentmakersschool LiS, in 1901 opgezet door Kamerlingh Onnes.