Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
EN

De European Research Council (ERC) kent prestigieuze Advanced Grants toe aan UvA-hoogleraren Jan de Boer en Daniel Bonn. De subsidie, die per project 2,5 miljoen euro bedraagt, wordt toegekend op basis van wetenschappelijke excellentie van de wetenschapper én het onderzoeksvoorstel. De Boer gaat in zijn onderzoeksproject op zoek naar de eigenschappen van quantumzwaartekracht. Bonn bestudeert in zijn project lokale spanningen in complexe systemen en materialen.

Jan de Boer
Jan de Boer

Eigenschappen van quantumzwaartekracht

Het project van prof. dr. Jan de Boer, hoogleraar Theoretische fysica, is getiteld Can I see Quantum Gravity?

Het samenspel tussen twee van de belangrijkste ingrediënten van de natuur - de quantummechanica en de zwaartekracht - is al een eeuw lang een grote inspiratiebron binnen de theoretische natuurkunde. Het leidde tot grote ontdekkingen zoals de Hawkingstraling die zwarte gaten uitzenden, en tot de ontwikkeling van theoretische modellen zoals de snaartheorie. Kennis over de wisselwerking tussen quantummechanica en zwaartekracht leidde ook tot het inzicht dat de natuurkunde op het meest fundamentele niveau wordt beheerst door de regels van de quantummechanica, terwijl zwaartekracht juist iets is dat pas op grotere schaal ontstaat, als effectieve, ‘gemiddelde’ beschrijving van de onderliggende quantumeffecten. Dergelijke quantumeffecten zijn vaak ‘niet-lokaal’: wat op één plaats gebeurt kan direct te maken hebben met iets wat heel ergens anders plaatsvindt. Tegelijkertijd is de beschrijving van de zwaartekracht die natuurkundigen gebruiken – Einsteins algemene relativiteitstheorie – wél lokaal, ook als die wordt toegepast in effectieve quantumveldentheorieën.

Met de recente ontdekking van zwaartekrachtgolven en het uitvoeren van verschillende experimenten die de algemene relativiteitstheorie op de proef stellen, is het volgens De Boer de hoogste tijd om te kijken naar de geldigheid van deze lokale modellen voor het beschrijven van waarneembare quantumzwaartekracht-effecten. Recent onderzoek naar de zogeheten informatieparadox, een raadsel rond de vraag of de Hawkingstraling uit zwarte gaten nu wél of géén informatie bevat, en naar andere quantumeigenschappen van zwarte gaten, leidde tot de conclusie dat het concept van een effectieve quantumveldentheorie moet worden aangepast om ook de quantumzwaartekracht te kunnen beschrijven.

De Boer wil komen tot een precieze en kwantitatieve beschrijving van deze aanpassingen om vervolgens de koppeling te maken met mogelijke experimentele ontdekkingen. In zijn onderzoek maakt hij daarvoor gebruik van een combinatie van thermodynamica, hydrodynamica en quantuminformatietheorie.

 

Daniel Bonn
Daniel Bonn

Lokale dynamiek van complexe vloeistoffen en systemen

Het project van prof. dr. Daniel Bonn, hoogleraar Complexe vloeistoffen, is getiteld Probing stresses at the nanoscale

De natuurkunde van vaste stoffen staat bol van de onopgeloste problemen. Mechanische wrijving in motoren, machines en industriële processen is wereldwijd gezien een enorme veroorzaker van energieverlies, maar wordt wetenschappelijk nog altijd slecht begrepen. De overgang van materialen naar een glasachtige structuur (glasovergang) is misschien wel het belangrijkste onopgeloste vraagstuk binnen de fysica van de gecondenseerde materie. De reologie van complexe vloeistoffen, waarin stromingseigenschappen centraal staan, is een derde alomtegenwoordig verschijnsel dat nog slecht begrepen is. Wrijving, glasovergang en reologie hebben met elkaar gemeen dat hun macroscopische mechanische gedrag het gevolg is van een complexe microscopische wisselwerking tussen lokale spanningen – een wisselwerking waarin men nog weinig inzicht heeft. Dit gebrek aan inzicht vormt een belangrijk obstakel bij het maken van bijvoorbeeld kogellagers, kunststoffen en voedingsmiddelen.

Bonn wil een nieuw venster openen als het gaat om de bestudering van lokale spanningen in complexe materialen, gebaseerd op recente ontwikkelingen in fluorescentiemicroscopie. Er zijn in recent onderzoek nieuwe moleculen ontwikkeld waarvan de fluorescentie-eigenschappen sterk afhankelijk zijn van de omgeving, en met name van hun lokale spanningen of ruimtelijke inperking. Met deze lokale sensoren wil hij komen tot innovatieve methoden om de genoemde fundamentele wetenschappelijke problemen aan te pakken. Bonn onderzoekt de verschijnselen die daaraan ten grondslag liggen tot op nanometerschaal en met een ongekende temporele resolutie.

Op die manier wil Bonn drie baanbrekende resultaten bereiken: 1) het lokaal meten van de spanningen die een rol spelen bij een wrijvingscontact, 2) het lokaal meten van de verandering van viscositeit (‘stroperigheid’) bij een glasovergang, en 3) het visualiseren en kwantificeren van spanningsoverdracht in stromende complexe vloeistoffen om het gedrag van dergelijke vloeistoffen microscopisch te verklaren. Door de lokale stromingsdynamiek van complexe vloeistoffen veel gedetailleerder te onderzoeken dan voorheen mogelijk was, zal Bonn met zijn project een aantal van de moeilijkste problemen in de niet-lineaire fysica en (statistische) mechanica kunnen oplossen, met verreikende technische gevolgen.

Lees het persbericht van de ERC