EEN INGEWIKKELD VLECHTWERK VAN MAGNETISCHE GATEN

Iedereen weet waarschijnlijk wel hoe je een magnetisch veld kunt afbeelden. Neem een stuk karton, strooi er wat ijzervijlsel op en houd er een magneet onder: de ijzerdeeltjes gaan dan netjes langs de veldlijnen liggen. Onderzoekers van het Noorse Instituut voor Energie-technologie lieten onlangs zien dat het ook omgekeerd kan.

Zij deden een aantal kleine plastic bolletjes in een vloeistof waarin zich ijzerdeeltjes bevonden. Het geheel bevond zich tussen twee doorzichtige platen, die op korte afstand van elkaar tussen een aantal magneetspoelen waren geplaatst. Als hiermee een veranderend magneetveld werd aangelegd, gingen de bolletjes - door de onderzoekers zelf aangeduid met de mooie term 'magnetische gaten' - onder invloed van de bewegende vloeistof ingewikkelde bewegingen uitvoeren. Deze konden worden gevolgd met behulp van een microscoop en werden vastgelegd op video (Physical Review Letters, 19 augustus 1996, pag. 1620).

Het lijkt op het eerste gezicht wellicht een wat flauw proefje, maar de crux van het experiment zat 'm in de manier waarop de resultaten werden geanalyseerd èn eventueel verder kunnen worden toegepast. Het is namelijk helemaal niet eenvoudig om zo'n systeem van een aantal bewegende en elkaar beïnvloedende bolletjes te beschrijven. Als het magneetveld langzaam van grootte en richting verandert, gaat het nog wel. De bolletjes gaan dan netjes achter elkaar liggen: er ontstaat een ketting. Afhankelijk van de frequentie waarmee het magnetisch veld wordt gevarieerd, breekt deze echter weer in kleinere stukken op. Het aardige is nu dat de onderzoekers op het idee kwamen de bewegingen die de bolletjes uitvoeren als vlechtpatronen weer te geven. De gevolgde paden snijden elkaar immers op zekere tijdstippen. Al in 1925 werd een methode ontwikkeld om dergelijke vlechten en knopen ondubbelzinnig te beschrijven; sindsdien vormen deze binnen de topologie een belangrijk onderwerp van studie met talrijke natuurkundige toepassingen, bijvoorbeeld binnen de astrofysica.

Röntgenbeelden van de zon tonen aan het oppervlak vaak enorme gaserupties. Deze hebben een zeer ingewikkelde, gedraaide structuur omdat ze de chaotische magnetische veldlijnen volgen. De complexiteit van dergelijke 'gasvlechten' is een directe afspiegeling van de magnetische activiteit van de zon. Ook binnen de quantummechanica speelt de vlechten-theorie een belangrijke rol, zoals bij de beschrijving van de interactie van deeltjes in een abstracte veel-dimensionale ruimte.

Met de in Noorwegen ontwikkelde opstelling is dus een handzaam instrument verkregen waarmee het in de toekomst wellicht mogelijk wordt veel exotischer fysische systemen 'experimenteel' te modelleren.