Geeft Thomas de ‘theory of everything’ een opkontje?
Door Marjanne van der Bijl
By Marjanne van der Bijl
‘Er is op dit moment een heel goede theorie die de zwaartekracht verklaart: de algemene relativiteitstheorie van Einstein’, vertelt Thomas van de Kamp. ‘En er is ook een heel goede theorie die de kwantumprocessen verklaart: de kwantummechanica, die verklaart hoe de allerkleinste deeltjes werken. Die twee gaan alleen nog niet zo goed samen.’
Natuurkundigen van over de hele wereld proberen ze al decennia tevergeefs bijeen te brengen in een ‘theory of everything’. Maar nu, dankzij de 21-jarige natuurkundestudent Thomas, is er hopelijk weer een klein stapje in de goede richting gezet.
Probleem
De afgelopen maanden bracht hij door aan de eettafel in zijn studentenhuis, bedolven onder de vakliteratuur, terwijl hij volop bezig was formules te herleiden en programma’s te schrijven. Voor zijn bachelorscriptie probeerde hij een probleem op te lossen voor zijn begeleider, theoretisch natuurkundige Anupam Mazumdar.
‘Die heeft met collega’s een experiment bedacht waarmee ze willen ontdekken of deeltjes op kwantumschaal met elkaar ‘communiceren’ door kwantumzwaartekracht’, legt Thomas uit.
Mazumdar bedacht daarvoor twee heel kleine ‘bollen’, gemaakt van diamant, die hij met lasers wil laten beschijnen. Door het licht komen die in twee verschillende toestanden terecht: de superpositie. ‘Dit betekent dat een deeltje eigenlijk op twee plekken is. Een beetje als Schrödingers kat: pas als je gaat meten, zit het deeltje in één van de twee toestanden.’
Magnetisch veld
De twee toestanden zijn de ‘spin-up state’ of ‘spin-down state’. ‘Dankzij een magnetisch veld kun je de spin-up state een andere kant op laten bewegen dan de spin-down state, bijvoorbeeld naar links en rechts.’
Als je dit doet met twee bollen naast elkaar, dan krijg je dus eigenlijk vier toestanden: twee daarvan staan heel dicht bij elkaar en twee staan juist heel ver van elkaar af. En juist die afstand tussen de states is nodig om de effecten van de zwaartekracht te kunnen meten, want de zwaartekracht is afhankelijk van de afstand tussen twee objecten.
Er zijn nog vele obstakels die overwonnen moeten worden
In theorie is het een baanbrekend experiment, waarmee bovendien op een slimme manier zwaartekrachtgolven gemeten kunnen worden. ‘Maar er zijn nog vele obstakels die overwonnen moeten worden voor het experiment kan werken’, zegt Thomas. ‘Je wilt die twee bollen het liefst zo dicht mogelijk bij elkaar hebben, maar dan heb je een probleem: de elektromagnetische kracht gaat ineens meedoen in het spelletje.’ En dan weet je niet wat de invloed van de zwaartekracht is.
Schild
Daar ging Thomas dus mee aan de slag. Een aantal maanden lang spitte hij zich een weg door literatuur en probeerde hij allerlei verschillende manieren om de effecten uit te rekenen. Tot hij de oplossing vond: een schild tussen de twee bollen kan de elektromagnetische golven wegleiden.
En dat maakt zijn scriptie ineens publicabel. ‘Ik was echt superblij dat het was gelukt, maar ik vond het ook wel heel spannend. Ik had zoiets natuurlijk nog nooit gedaan.’ Met behulp van professoren en PhD-studenten zette hij zijn onderzoek om in een paper dat binnenkort gepubliceerd wordt in Physical Review A.
‘Tijdens je studie ben je gewend om alleen met andere studenten te discussiëren, maar nu moest ik ineens mijn onderzoek verdedigen tegenover mensen die er veel meer verstand van hebben dan ik.’ En niet alleen tegenover bekenden, maar ook tegenover de peer-reviewers: ‘Die gaven mij dan feedback, en dan moest ik weer onderbouwen dat het wel echt klopt.’
Andere richting
Je zou zeggen: een fantastisch begin van een carrière in de wetenschap, maar Thomas denkt daar anders over. ‘Ik vond het heel leuk voor nu, maar zou dit niet de rest van mijn leven willen doen’, vertelt hij. ‘Er zijn nog veel uitdagingen die ik wil aangaan náást mijn werk!’
Daarom start hij in september met een master in finance: een compleet andere richting. ‘Het project blijf ik wel volgen’, lacht hij. ‘Maar dan wel vanaf de zijlijn.’