Boaz Almog doet een supergeleider "zweven"

Hoe kan een flinterdunne schijf van 7,5 cm iets doen zweven van 70.000 keer zijn gewicht? In een ijzersterke futuristische demonstratie toont Boaz Almog hoe een fenomeen gekend als kwantumlocking een supergeleidende schijf kan doen zweven boven een magnetische baan -- volledig zonder wrijving en zonder energieverlies.

Het fenomeen dat je hier even zag,

heet kwantumlevitatie en kwantumlocking.

Het object dat zweefde

heet een supergeleider.

Supergeleiding is een kwantumstatus van de materie

die enkel onder een bepaalde temperatuur voorkomt.

Het fenomeen bestaat allang.

Het werd 100 jaar geleden ontdekt.

Maar pas sinds kort,

dankzij nieuwe technologieën,

kunnen we een demonstratie geven

van kwantumlevitatie en kwantumlocking.

Een supergeleider heeft twee typische kenmerken.

Eén: de elektrische weerstand is nul.

Twee: de binnenkant van de supergeleider
stoot een magnetisch veld af.

Klinkt ingewikkeld, niet?

Wat is elektrische weerstand?

Elektriciteit is de beweging van elektronen in materiaal.

Terwijl elektronen bewegen,

botsen ze met atomen.

Daarbij verliezen ze energie.

Die verliezen ze als warmte.
Dat effect ken je.

Maar in een supergeleider zijn er geen botsingen.

Dus is er geen energieverlies.

Dat is merkwaardig.
Even nadenken.

In de klassieke fysica is er altijd
wrijving en energieverlies.

Hier niet, want het is een kwantumeffect.

Bovendien houden supergeleiders niet
van magnetische velden.

Een supergeleider zal het magnetische veld willen afstoten.

Dat kan door stroom te doen circuleren.

De combinatie van de twee effecten --

de afstoting van magnetische velden
en elektrische weerstand nul --

is nu net een supergeleider.

Het plaatje is niet altijd perfect.

Soms blijven er strengen magnetisch veld
in de supergeleider.

In goede omstandigheden, zoals hier,

kunnen die vastgehouden worden in een supergeleider.

Die strengen magnetisch veld in de supergeleider

komen voor in discrete hoeveelheden.

Omdat het een kwantumfenomeen is, kwantumfysica.

Blijkt dat ze zich als kwantumdeeltjes gedragen.

In dit filmpje zie je hoe ze één voor één discreet bewegen.

Dit zijn strengen magnetisch veld.
Het zijn geen deeltjes,

maar ze gedragen zich als deeltjes.

Daarom noemen we dit
kwantumlevitatie en kwantumlocking.

Wat gebeurt er als we de supergeleider
in een magnetisch veld zetten?

Eerst zijn er strengen magnetisch veld binnenin.

De supergeleider houdt er niet van dat die bewegen,

omdat beweging tot energieverlies leidt,

wat de staat van supergeleiding verbreekt.

Dus pint hij de strengen vast,

die fluxons heten, en pint de fluxons vast.

Daardoor pint hij zichzelf vast.

Omdat elke beweging van de supergeleider
hun paats wijzigt,

hun configuratie.

Vandaar de kwantumlocking.
Ik toon even hoe dat werkt.

Dit is een supergeleider,
ingepakt om lang genoeg koud te blijven.

Als ik die bovenop een gewone magneet plaats,

blijft die in de lucht vastgepind.

(Applaus)

Dit is niet gewoon zweven of afstoten.

Ik kan de fluxons herschikken
en hem in de nieuwe configuratie vastpinnen.

Zo, of iets naar rechts of links bewegen.

Dit is kwantumlocking –
driedimensionaal vastpinnen van de supergeleider.

Ik kan hem op zijn kop zetten.

Hij blijft vastgepind.

We begrijpen nu dat zweven eigenlijk vastpinnen is.

Dat begrijpen we.

Het zal je niet verbazen dat bij deze cirkelmagneet,

waar het magnetisch veld overal eender is,

de supergeleider vrij
om de as van de magneet zal roteren.

Dat komt omdat hij vastgepind blijft terwijl hij roteert.

Ik kan de supergeleider aanpassen en roteren.

Beweging zonder wrijving.
Hij zweeft nog maar kan vrij rondbewegen.

Er is kwantumlocking.
We doen hem boven deze magneet zweven.

Hoeveel fluxons of magnetische strengen
zitten er in deze ene schijf?

Dat kunnen we berekenen. Het zijn er veel.

Deze schijf van 7,5 cm bevat
100 miljard strengen magnetisch veld.

Dat is nog niet het verbluffende stuk. Er is meer.

Het verbluffende is dat deze supergeleider

maar een halve micron dik is.
Hij is flinterdun.

Deze flinterdunne laag
kan 70.000 keer haar eigen gewicht doen zweven.

Het is een opmerkelijk effect.
Het is zeer sterk.

Ik kan deze cirkelmagneet uitbreiden

en elke gewenste baan maken.

Ik kan hier een grote cirkelbaan maken.

Als ik de supergeleider op die baan plaats,

beweegt die vrij.

(Applaus)

Dat is niet alles.
Ik kan de positie aanpassen, roteren,

en hij beweegt vrij in de nieuwe positie.

Ik kan iets nieuws uitproberen.
Dit is een première.

Ik neem deze schijf en zet ze hier.

Terwijl ze hier blijft -- niet bewegen --

probeer ik de baan te roteren.

Als ik het goed gedaan heb,

blijft ze hangen.

(Applaus)

Je ziet dat het kwantumlocking is,
niet kwantumlevitatie.

Ik laat het hier nog wat draaien.

Intussen vertel ik wat over supergeleiders.

Nu -- (Gelach) --

We weten dat we enorme hoeveelheden stroom
in supergeleiders kunnen transfereren.

Die kunnen we gebruiken
om sterke magnetische velden te maken,

zoals voor MRI-machines, deeltjesversnellers en zo.

We kunnen ook energie opslaan met supergeleiders

omdat er geen verlies is.

We kunnen kabels maken om enorme hoeveelheden stroom
tussen krachtcentrales te transfereren.

Stel je voor: een backup voor een krachtcentrale
met één supergeleidingskabel.

Wat is de toekomst van kwantumlevitatie en kwantumlocking?

Ik beantwoord deze simpele vraag met een voorbeeld.

Stel je een schijf zoals deze in mijn hand voor,

7,5 cm diameter, met één verschil.

In plaats van een halve micron
is de supergeleidingslaag

twee millimeter dik.
Echt dun.

Deze supergeleidingslaag van twee mm
kan een ton, een kleine auto, dragen.

Verbluffend. Dankuwel.

(Applaus)