Verval is meedogenloos in de macroscopische wereld:gebroken objecten passen zichzelf niet meer in elkaar. Echter, andere wetten zijn geldig in de kwantumwereld:Nieuw onderzoek toont aan dat zogenaamde quasideeltjes kunnen vervallen en zichzelf weer kunnen reorganiseren en zo vrijwel onsterfelijk worden. Dit zijn goede vooruitzichten voor de ontwikkeling van duurzame datageheugens.

Zoals het gezegde gaat, niets duurt eeuwig. De wetten van de fysica bevestigen dit:op onze planeet, alle processen verhogen de entropie, dus moleculaire wanorde. Bijvoorbeeld, een gebroken glas zou zichzelf nooit meer in elkaar zetten.

Theoretisch natuurkundigen van de Technische Universiteit München (TUM) en het Max Planck Instituut voor de Fysica van Complexe Systemen hebben ontdekt dat dingen die in de dagelijkse wereld ondenkbaar lijken, op microscopisch niveau mogelijk zijn.

"Tot nu, de veronderstelling was dat quasideeltjes in op elkaar inwerkende kwantumsystemen na een bepaalde tijd vervallen. We weten nu dat het tegenovergestelde het geval is:sterke interacties kunnen het verval zelfs helemaal stoppen, " legt Frank Pollmann uit, Hoogleraar theoretische vastestoffysica aan de TUM. Collectieve roostertrillingen in kristallen, zogenaamde fononen, zijn een voorbeeld van dergelijke quasideeltjes.

Het concept van quasideeltjes is bedacht door de natuurkundige en Nobelprijswinnaar Lev Davidovich Landau. Hij gebruikte het om collectieve toestanden van veel deeltjes te beschrijven, of liever hun interacties als gevolg van elektrische of magnetische krachten. Door deze interactie is meerdere deeltjes werken als één enkele.

Numerieke methoden openen nieuwe perspectieven

Tot nu toe, het was niet in detail bekend welke processen het lot van deze quasideeltjes in op elkaar inwerkende systemen beïnvloeden, " zegt Pollmann. "Pas nu beschikken we over numerieke methoden waarmee we zowel complexe interacties kunnen berekenen als computers met een prestatie die hoog genoeg is om deze vergelijkingen op te lossen."

"Het resultaat van de uitgebreide simulatie:toegegeven, quasideeltjes vervallen, hoe nieuw, identieke deeltjes entiteiten komen uit het puin, " zegt de hoofdauteur, Ruben Verresen. "Als dit verval heel snel gaat, er zal na een bepaalde tijd een omgekeerde reactie plaatsvinden en het puin zal weer convergeren. Dit proces kan zich eindeloos herhalen en er ontstaat een aanhoudende oscillatie tussen verval en wedergeboorte."

Fysiek gezien, deze trilling is een golf die wordt omgezet in materie, die, volgens kwantummechanische golf-deeltjes dualiteit, is mogelijk. Daarom, de onsterfelijke quasideeltjes overtreden de tweede wet van de thermodynamica niet. Hun entropie blijft constant, verval is gestopt.

De realiteitscheck

De ontdekking verklaart ook verschijnselen die tot nu toe verbijsterend waren. Experimentele natuurkundigen hadden gemeten dat de magnetische verbinding Ba3CoSB2O9 verbazingwekkend stabiel is. Magnetische quasideeltjes, magnonen, zijn er verantwoordelijk voor. Andere quasideeltjes, rotondes, ervoor te zorgen dat helium, een gas op het aardoppervlak, een vloeistof wordt op het absolute nulpunt die onbeperkt kan stromen.

"Ons werk is puur fundamenteel onderzoek, " benadrukt Pollmann. Echter, het is heel goed mogelijk dat op een dag de resultaten zelfs toepassingen mogelijk zullen maken, bijvoorbeeld de constructie van duurzame datageheugens voor toekomstige kwantumcomputers.