The phenomenon you saw here for a brief moment is called quantum levitation and quantum locking. And the object that was levitating here is called a superconductor. Superconductivity is a quantum state of matter, and it occurs only below a certain critical temperature.
Het fenomeen dat je hier even zag, heet kwantumlevitatie en kwantumlocking. Het object dat zweefde heet een supergeleider. Supergeleiding is een kwantumstatus van de materie die enkel onder een bepaalde temperatuur voorkomt.
Now, it's quite an old phenomenon; it was discovered 100 years ago. However, only recently, due to several technological advancements, we are now able to demonstrate to you quantum levitation and quantum locking.
Het fenomeen bestaat allang. Het werd 100 jaar geleden ontdekt. Maar pas sinds kort, dankzij nieuwe technologieën, kunnen we een demonstratie geven van kwantumlevitatie en kwantumlocking.
So, a superconductor is defined by two properties. The first is zero electrical resistance, and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor. That sounds complicated, right? But what is electrical resistance? So, electricity is the flow of electrons inside a material. And these electrons, while flowing, they collide with the atoms, and in these collisions they lose a certain amount of energy. And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect. However, inside a superconductor there are no collisions, so there is no energy dissipation.
Een supergeleider heeft twee typische kenmerken. Eén: de elektrische weerstand is nul. Twee: de binnenkant van de supergeleider stoot een magnetisch veld af. Klinkt ingewikkeld, niet? Wat is elektrische weerstand? Elektriciteit is de beweging van elektronen in materiaal. Terwijl elektronen bewegen, botsen ze met atomen. Daarbij verliezen ze energie. Die verliezen ze als warmte. Dat effect ken je. Maar in een supergeleider zijn er geen botsingen. Dus is er geen energieverlies.
It's quite remarkable. Think about it. In classical physics, there is always some friction, some energy loss. But not here, because it is a quantum effect. But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields. So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside, and it has the means to do that by circulating currents. Now, the combination of both effects -- the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance -- is exactly a superconductor.
Dat is merkwaardig. Even nadenken. In de klassieke fysica is er altijd wrijving en energieverlies. Hier niet, want het is een kwantumeffect. Bovendien houden supergeleiders niet van magnetische velden. Een supergeleider zal het magnetische veld willen afstoten. Dat kan door stroom te doen circuleren. De combinatie van de twee effecten -- de afstoting van magnetische velden en elektrische weerstand nul -- is nu net een supergeleider.
But the picture isn't always perfect, as we all know, and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor. Now, under proper conditions, which we have here, these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor. And these strands of magnetic field inside the superconductor, they come in discrete quantities. Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics. And it turns out that they behave like quantum particles.
Het plaatje is niet altijd perfect. Soms blijven er strengen magnetisch veld in de supergeleider. In goede omstandigheden, zoals hier, kunnen die vastgehouden worden in een supergeleider. Die strengen magnetisch veld in de supergeleider komen voor in discrete hoeveelheden. Omdat het een kwantumfenomeen is, kwantumfysica. Blijkt dat ze zich als kwantumdeeltjes gedragen.
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely. This is strands of magnetic field. These are not particles, but they behave like particles. So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
In dit filmpje zie je hoe ze één voor één discreet bewegen. Dit zijn strengen magnetisch veld. Het zijn geen deeltjes, maar ze gedragen zich als deeltjes. Daarom noemen we dit kwantumlevitatie en kwantumlocking.
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field? Well, first there are strands of magnetic field left inside, but now the superconductor doesn't like them moving around, because their movements dissipate energy, which breaks the superconductivity state. So what it actually does, it locks these strands, which are called fluxons, and it locks these fluxons in place. And by doing that, what it actually does is locking itself in place. Why? Because any movement of the superconductor will change their place, will change their configuration.
Wat gebeurt er als we de supergeleider in een magnetisch veld zetten? Eerst zijn er strengen magnetisch veld binnenin. De supergeleider houdt er niet van dat die bewegen, omdat beweging tot energieverlies leidt, wat de staat van supergeleiding verbreekt. Dus pint hij de strengen vast, die fluxons heten, en pint de fluxons vast. Daardoor pint hij zichzelf vast. Omdat elke beweging van de supergeleider hun paats wijzigt, hun configuratie.
So we get quantum locking. And let me show you how this works. I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough. And when I place it on top of a regular magnet, it just stays locked in midair.
Vandaar de kwantumlocking. Ik toon even hoe dat werkt. Dit is een supergeleider, ingepakt om lang genoeg koud te blijven. Als ik die bovenop een gewone magneet plaats, blijft die in de lucht vastgepind.
(Applause)
(Applaus)
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion. I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration. Like this, or move it slightly to the right or to the left. So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor. Of course, I can turn it upside down, and it will remain locked.
Dit is niet gewoon zweven of afstoten. Ik kan de fluxons herschikken en hem in de nieuwe configuratie vastpinnen. Zo, of iets naar rechts of links bewegen. Dit is kwantumlocking – driedimensionaal vastpinnen van de supergeleider. Ik kan hem op zijn kop zetten. Hij blijft vastgepind.
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking, Yeah, we understand that. You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet, in which the magnetic field is the same all around, the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet. Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained. You see? I can adjust and I can rotate the superconductor. We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
We begrijpen nu dat zweven eigenlijk vastpinnen is. Dat begrijpen we. Het zal je niet verbazen dat bij deze cirkelmagneet, waar het magnetisch veld overal eender is, de supergeleider vrij om de as van de magneet zal roteren. Dat komt omdat hij vastgepind blijft terwijl hij roteert. Ik kan de supergeleider aanpassen en roteren. Beweging zonder wrijving. Hij zweeft nog maar kan vrij rondbewegen.
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet. But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this? Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot. One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
Er is kwantumlocking. We doen hem boven deze magneet zweven. Hoeveel fluxons of magnetische strengen zitten er in deze ene schijf? Dat kunnen we berekenen. Het zijn er veel. Deze schijf van 7,5 cm bevat 100 miljard strengen magnetisch veld.
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet. And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here is only half a micron thick. It's extremely thin. And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight. It's a remarkable effect. It's very strong.
Dat is nog niet het verbluffende stuk. Er is meer. Het verbluffende is dat deze supergeleider maar een halve micron dik is. Hij is flinterdun. Deze flinterdunne laag kan 70.000 keer haar eigen gewicht doen zweven. Het is een opmerkelijk effect. Het is zeer sterk.
Now, I can extend this circular magnet, and make whatever track I want. For example, I can make a large circular rail here. And when I place the superconducting disk on top of this rail, it moves freely.
Ik kan deze cirkelmagneet uitbreiden en elke gewenste baan maken. Ik kan hier een grote cirkelbaan maken. Als ik de supergeleider op die baan plaats, beweegt die vrij.
(Applause)
(Applaus)
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate, and it freely moves in this new position. And I can even try a new thing; let's try it for the first time. I can take this disk and put it here, and while it stays here -- don't move -- I will try to rotate the track, and hopefully, if I did it correctly, it stays suspended.
Dat is niet alles. Ik kan de positie aanpassen, roteren, en hij beweegt vrij in de nieuwe positie. Ik kan iets nieuws uitproberen. Dit is een première. Ik neem deze schijf en zet ze hier. Terwijl ze hier blijft -- niet bewegen -- probeer ik de baan te roteren. Als ik het goed gedaan heb, blijft ze hangen.
(Applause)
(Applaus)
You see, it's quantum locking, not levitation. Now, while I'll let it circulate for a little more, let me tell you a little bit about superconductors. Now -- (Laughter) -- So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors, so we can use them to produce strong magnetic fields, such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on. But we can also store energy using superconductors, because we have no dissipation.
Je ziet dat het kwantumlocking is, niet kwantumlevitatie. Ik laat het hier nog wat draaien. Intussen vertel ik wat over supergeleiders. Nu -- (Gelach) -- We weten dat we enorme hoeveelheden stroom in supergeleiders kunnen transfereren. Die kunnen we gebruiken om sterke magnetische velden te maken, zoals voor MRI-machines, deeltjesversnellers en zo. We kunnen ook energie opslaan met supergeleiders omdat er geen verlies is.
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations. Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable. But what is the future of quantum levitation and quantum locking? Well, let me answer this simple question by giving you an example. Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand, three-inch diameter, with a single difference. The superconducting layer, instead of being half a micron thin, being two millimeters thin, quite thin. This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand. Amazing. Thank you.
We kunnen kabels maken om enorme hoeveelheden stroom tussen krachtcentrales te transfereren. Stel je voor: een backup voor een krachtcentrale met één supergeleidingskabel. Wat is de toekomst van kwantumlevitatie en kwantumlocking? Ik beantwoord deze simpele vraag met een voorbeeld. Stel je een schijf zoals deze in mijn hand voor, 7,5 cm diameter, met één verschil. In plaats van een halve micron is de supergeleidingslaag twee millimeter dik. Echt dun. Deze supergeleidingslaag van twee mm kan een ton, een kleine auto, dragen. Verbluffend. Dankuwel.
(Applause)
(Applaus)