Onmogelijk patroon levert ongedeelde prijs

Israëliër Daniel Shechtman krijgt de Nobelprijs voor de ontdekking van kristallen die lijken op mozaïeken in islamitische gebedshuizen.

RESTRICTED TO EDITORIAL USE - MANDATORY CREDIT "COURTESY OF THE US DEPARTMENT OF ENERGY'S AMES LABORATORY" - NO MARKETING NO ADVERTISING CAMPAIGNS - DISTRIBUTED AS A SERVICE TO CLIENTS This undated image courtesy of the US Department of Energy's Ames Laboratory shows the atomic model of an Ag-Al quasicrystal. Daniel Shechtman of Israel won the 2011 Nobel Chemistry Prize on October 5, 2011 for discovering and revealing the secrets of quasicrystals, which has revolutionised the notion of solid matter. Quasicrystals, described by the Nobel jury as "a remarkable mosaic of atoms", are patterns that are highly ordered and symmetrical but which do not repeat themselves. AFP PHOTO AFP

De Israëliër Daniel Shechtman (1941) kreeg ooit een leerboek over kristallografie van zijn onderzoeksleider, met het vernederende advies het eens te lezen. Toen hij volhardde in zijn afwijkende ideeën moest hij de onderzoeksgroep verlaten. Bijna dertig jaar later is zijn verwondering en stijfkoppigheid goed voor een ongedeelde Nobelprijs.

Shechtman krijgt zijn prijs voor de vondst en verklaring van kristalvormen die zich niet periodiek herhalen. Het duurde bijna tweeënhalf jaar voordat hij zijn vondst publiceerde, nadat hij collega’s en beroemdere kristalkundigen had gevraagd om mee te kijken. Het eerste tijdschrift waar ze hun manuscript aanboden, stuurde het per kerende post retour. In het persbericht dat het Nobelcomité vanmorgen uitgaf, staat de weerstand die Shechtman ondervond uitgebreid beschreven. Uiteindelijk (eind 1984) verscheen de vondst van een kristal met ‘onbestaanbare’ tienvoudige symmetrie in Physical Review Letters. Een gerenommeerd wetenschappelijk tijdschrift. Het „sloeg in als een bom”, aldus het persbericht.

Reden was dat veel kristallografen weleens de vlekkenpatronen op hun opnamen hadden gezien die Shechtman zag. Maar ze waren altijd genegeerd omdat iedereen dan dacht verkeerde kristallen te hebben doorgemeten. Bijvoorbeeld tweelingkristallen waarbij twee spiegelbeeldvormige kristallen in elkaar vergroeid zijn.

Kristalonderzoekers die de structuur van hun kristal willen weten, laten er röntgenstralen of snelle elektronenbundels doorheen vallen. Door breking aan atomen binnen het kristal buigen de bundels af en door interferentie van de afgebogen bundels ontstaat achter het kristal een vlekkenpatroon. Daaruit is de driedimensionale structuur van de atomen in het kristal te berekenen.

Hoe de driedimensionale kristallen van Shechtman eruitzien is moeilijk voor te stellen, maar de tweedimensionale vorm bestaat al eeuwen; in de mozaïeken met niet-repeterende patronen waarmee wanden en vloeren van beroemde Middeleeuwse moskeeën zijn versierd.

De Britse wiskundige Roger Penrose rekende aan die a-periodieke mozaïeken die uit twee of meer verschillende tegels worden opgebouwd. Dat werk leverde uiteindelijk inzicht in de samenstelling van de kristallen die Shechtman maakte toen hij een mengsel van aluminium en mangaan snel afkoelde. Snel erna werden er ook kristallen met zesvoudige en twaalfvoudige symmetrie gevonden. De ‘onbestaanbare’ kristallen werden in 1992 ‘gelegaliseerd’ toen de International Union of Cristallography zijn definitie van een kristal aanpaste. Sindsdien staat Shechtman in de leerboeken.