Universiteit Leiden | Bij ons leer je de wereld kennen. Universiteit Leiden | Bij ons leer je de wereld kennen.

Leer Carlo Beenakker kennen en ontdek de wereld van het allerkleinste

Al tientallen jaren dromen wetenschappers over de kwantumcomputer, die onze wereld voor altijd zal veranderen. Om die te kunnen maken moeten we zoveel mogelijk begrijpen van de allerkleinste deeltjes die op aarde bestaan…of nog niet bestaan.

Lees hier meer over het onderzoek van theoretisch natuurkundige Carlo Beenakker, en zijn studenten en collega's, naar de bizarre wereld van het allerkleinste. Een wereld die ons dagelijks leven steeds meer beïnvloedt.

Bij ons leer je de wereld kennen

Onderzoek: duizenden keren kleiner dan een mensenhaar

Onze wereld wordt steeds kleiner. Tenminste, als het gaat om onze elektronische apparaten. Van pc’s tot mobieltjes: alles is gekrompen en dunner geworden. Hoe kleiner de chip, hoe beter die stroom kan geleiden en informatie kan doorsturen. Dat we die chips kleiner kunnen maken komt doordat we steeds meer weten over de allerkleinste deeltjes op aarde, zoals elektronen en protonen. Hoe klein die deeltjes zijn? Denk aan het topje van een menselijke haar, maar dan duizenden keer kleiner. De Leidse natuurkundige Carlo Beenakker weet alles over deze wereld. Hij kijkt naar het gedrag van de deeltjes en bedenkt hoe je met die kennis nieuwe technologieën kunt ontwikkelen. Momenteel denkt hij na over hoe een kwantumcomputer in een laboratorium gebouwd kan worden (zie afbeelding).

Onder onze ‘gewone’ wereld, die we met het blote oog kunnen zien, schuilt een totaal andere wereld met andere wetten. Want hoe meer je inzoomt op de allerkleinste deeltjes waaruit materie bestaat, hoe gekker die deeltjes zich gedragen. Zo kunnen ze op twee plekken tegelijk zijn of linksom of rechtsom tollen. En elk deeltje heeft een anti-deeltje. Als die elkaar tegenkomen, heffen ze elkaar op. De natuurkundige wetten zoals we die tot nu toe kenden gelden niet in dit rijk van het allerkleinste, ook wel de kwantumwereld genoemd. “Sinds twintig jaar weten we dat de effecten uit de kwantumwereld ook al optreden in iets grotere dingen, zoals computerchips en kleine draadjes”, vertelt natuurkundige Carlo Beenakker.

Hij voelt zich helemaal thuis in die gekke kwantumwereld, die hem en zijn studenten steeds weer voor nieuwe verrassingen stelt. Beenakker is theoretisch natuurkundige. Dat betekent dat hij geen experimenten doet, maar wel de recepten daarvoor bedenkt. “Je moet mij niet in een laboratorium zetten, dan maak ik alles kapot. Maar proeven verzinnen, problemen oplossen: dát vind ik leuk.” Uit die experimenten komen technologische ontwikkelingen voort, bijvoorbeeld de productie van nóg dunnere, nóg betere touchscreens. Op dit moment speurt hij naar een van de heilige gralen van de wetenschap: het bouwen van een kwantumcomputer. Die kan in één keer evenveel berekeningen tegelijk uitvoeren als onze huidige computers in twintig jaar. En dat opent de weg naar oneindig veel mogelijkheden, waaronder een veel snellere ontwikkeling van medicijnen en het bouwen van nog onbekende materialen.

Onderzoekslijnen: kleine deeltjes, grootse daden

De supercomputer: Moeder Natuur programmeren

Supersnelle berekeningen. Nieuwe metalen met fantastische eigenschappen. Medicijnen waar we al heel lang op hopen. De kwantumcomputer zou het mogelijk kunnen maken. Carlo Beenakker gaat nu, als lid van een Delfts-Leids driemanschap, een kwantumcomputer bouwen. Met vele miljoenen onderzoeksgeld van de Europese Unie mogen ze daarvoor een echte werkplaats gaan inrichten.

Meer over De supercomputer: Moeder Natuur programmeren

De zoektocht naar het Majorana-deeltje

Carlo Beenakker was nauw betrokken bij de zoektocht naar het Majorana-deeltje, dat uiteindelijk in 2012 door Leo Kouwenhoven en zijn onderzoeksgroep in Delft voor het eerst werd waargenomen. Deze ontdekking van wereldformaat kan een doorbraak betekenen in de poging om een kwantumcomputer te bouwen. (Foto rechts: een voorstelling van het Majorana-deeltje. Photograph provided courtesy of Alexey Drjahlov.)

Meer over De zoektocht naar het Majorana-deeltje

De nano-ontdekkingsreis

“Hoe meer we weten over de wereld van het allerkleinste, en hoe beter we een taal vinden om alles wat er gebeurt te beschrijven, hoe makkelijker het wordt om die wereld te begrijpen", vertelt Carlo Beenakker. Samen met onderzoekers van andere Nederlandse universiteiten gaat hij de komende jaren op ontdekkingsreis.

Meer over De nano-ontdekkingsreis

Grafeen: het dunste materiaal ter wereld

“Het dunste, krachtigste, mooiste materiaal ter wereld.” Zo noemt Carlo Beenakker grafeen, een koolstoflaag van maar één atoom dik. Met dit materiaal zouden we nieuwe, supergeleidende computerchips kunnen maken of ultradunne touchscreen-schermen. Beenakker en zijn collega’s concentreerden zich vijf jaar lang op de geleidende eigenschappen van grafeen.

Meer over Grafeen: het dunste materiaal ter wereld
‘Een deeltje dat zijn eigen antideeltje is: bouwsteen voor de kwantumcomputer.’

Onderwijs: speeltuin voor studenten

Zelf de kwantumwereld ontdekken en uitproberen, meedoen aan baanbrekende experimenten. Dát is wat Carlo Beenakker masterstudenten en promovendi laat doen. Zo werd het onderzoek naar het Majorana-deeltje voornamelijk door studenten uitgevoerd. “Ik stimuleer mijn studenten om antwoorden te zoeken op vragen waarop ik, de professor, het antwoord ook niet weet. Mijn onderzoeksgroep is een soort speeltuin voor ze.”

Wie natuurkunde studeert, hoeft helemaal geen wetenschapper te worden. “Je leert een manier van denken aan, de vaardigheid om de essentie van een probleem te ontdekken”, zegt Beenakker. “En heel belangrijk: om nergens bang voor te zijn. Om niet te gauw te denken ‘daar weet ik niks van’, maar in staat te zijn om ook zonder ervaring tot de kern van een vraagstuk door te dringen. Met dat vermogen op zak komen onze studenten overal terecht, van functies in de industrie tot de consultancy.”

Meer opleidingen op het gebied van deeltjes

Life Science & Technology : Al het leven is opgebouwd uit cellen. Wat zijn cellen precies, hoe gedragen ze zich, en hoe kunnen we die kennis gebruiken om mensen te genezen? Dat zijn vragen die worden behandeld in deze opleiding.

Molecular Science & Technology : In deze opleiding leer je de fundamentele, industriële en maatschappelijke facetten van de scheikunde kennen, waardoor je als chemicus fundamenteel onderzoek kunt verrichten op het gebied van volksgezondheid.

Natuurkunde : Een ontdekkingstocht naar kennis over het materiaal waar alles uit bestaat. De moderne natuurkunde houdt zich bezig met een breed pakket van onderwerpen, variërend van de studie van levensprocessen, via de studie van quantumverschijnselen, tot de studie van het allerkleinste en het allergrootste. De Bachelor Natuurkunde kan onder meer worden opgevolgd door de Master Research in Physics (Casimir pre-PhD, zie de pagina mastersinleiden.nl, Physics).

Sterrenkunde : Deze opleiding biedt meer inzicht in een steeds sneller uitdijend heelal met planeten bij andere zonnen, het leven en de dood van sterren, massieve zwarte gaten en botsende sterrenstelsels.

Wiskunde : Op maat gemaakte studieprogramma’s gebaseerd op de interesses en doelstellingen van de student met specialisatiemogelijkheden in analyse en meetkunde.

Meer onderzoekers van het allerkleinste

  • Prof.dr. Jan Aarts
  • Prof.dr. Thijs Aartsma
  • Prof.dr. Ana Achúcarro
  • Prof.dr. Gerard Barkema
  • Prof.dr. Marileen Dogterom
  • Prof.dr. Joost Frenken
  • Prof.dr. Edgar Groenen
  • Prof.dr. Martin van Hecke
  • Dr. Martina Huber
  • Prof.dr.ir. Tjerk Oosterkamp
  • Prof.dr. Michel Orrit
  • Prof.dr. Jan van Ruitenbeek
  • Prof.dr. Helmut Schiessel
  • Prof.dr. Jan Zaanen

Prof.dr. Jan Aarts Hoogleraar Experimentele natuurkunde

Onderzoekt magnetische en supergeleidende eigenschappen in materialen.

Prof.dr. Thijs Aartsma Hoogleraar Biofysica

Bestudeert de natuurkunde van het leven. Onderzoekt fotosynthese: bron van leven en duurzame energie.

Prof.dr. Ana Achúcarro Hoogleraar Astrodeeltjesfysica en quantumveldentheorie

Werkt op de grens van deeltjesfysica en sterrenkunde. Uitgeroepen tot beste docent 2012 van de faculteit Wiskunde & Natuurwetenschappen.

Prof.dr. Gerard Barkema Bijzonder hoogleraar Computationele statistische fysica van (bio)polymeren

Onderzoekt onder meer mechanische eigenschappen van biomoleculaire netwerken

Prof.dr. Marileen Dogterom Hoogleraar Atoom- en molecuulfysica

Bestudeert de dynamiek van het skelet van de cel. Ontdekte dat moleculaire machientjes de organisatie daarvan regelen.

Prof.dr. Joost Frenken Hoogleraar Mesoscopische fysica

Brengt bewegende atomen in beeld met een - zelfgebouwde - tastmicroscoop. Bekijkt bijvoorbeeld katalyse onder industriële omstandigheden.

Prof.dr. Edgar Groenen Hoogleraar Experimentele natuurkunde

Bestudeert moleculen stuk voor stuk in levende en dode materie.

Prof.dr. Martin van Hecke Hoogleraar Organisatie van de wanordelijke materie

Bestudeert de fysica van zeepsop, zand en mayonaise: vaak mengsels en altijd wanordelijk.

Dr. Martina Huber Biofysicus

Hoe eiwitten zich vouwen maakt alles uit voor gezondheid of ziekte. Huber ontdekte de voor Parkinson typerende hoefijzervorm.

Prof.dr.ir. Tjerk Oosterkamp Hoogleraar Experimentele natuurkunde

Brengt atomen in een eiwit in kaart met de gevoeligste tastmicroscoop die er is. Wil kwantumgedrag kunnen 'voelen' met magnetisme.

Prof.dr. Michel Orrit Hoogleraar Spectroscopie van moleculen in gecondenseerde materie

Brengt bewegende moleculen één voor één in beeld: van moleculair glas tot eiwitten in de cel.

Prof.dr. Jan van Ruitenbeek Hoogleraar Experimentele natuurkunde

Kleedt elektriciteit uit tot het absolute bestaansminimum. Stuurt elektrische stroompjes door één molecuul.

Prof.dr. Helmut Schiessel Hoogleraar Theoretische fysica van levensprocessen

In 2013 verschijnt zijn boek ‘Biophysics for Beginners’: een reis door de celkern.

Prof.dr. Jan Zaanen Hoogleraar Theoretische natuurkunde

Net als Beenakker theoreticus. Onderzoekt collectief kwantumgedrag in vaste stoffen.

Impact: invloed op de wereld

De wereld van...

Spreek je Russisch, Chinees of Roemeens, dan vind je in de onderzoeksgroep van Carlo Beenakker altijd wel iemand om mee te praten. Hij beheert een bijenkorf waar het een komen en gaan is van wetenschappers en studenten uit alle hoeken van de wereld. Op deze kaart vind je namen van mensen die bij Beenakker promove(e)r(d)en, waar ze vandaan kwamen en waar ze hun carrière hebben voortgezet. De eerste stap voor studenten als ze verder willen in de wetenschap.