Eerder dit jaar kwamen Delftse fysici in het nieuws omdat ze als eersten majoranadeeltjes hadden gemaakt. Hoe kwam het experiment waarmee ze dat voor elkaar wisten te krijgen van de grond? En hoe lang duurde het voordat ze ‘eureka!’ konden roepen? KIJK sprak met Vincent Mourik, een van de promovendi die het experiment uitvoerden.

KIJK: Hoe lang zijn jullie nu in totaal met jullie majoranaexperiment bezig geweest?

Vincent Mourik: “Het project startte toen ik begon met mijn promotie; in september 2010, samen met een Chinese jongen, Kun Zuo. Het hele team bestaat uit Leo Kouwenhoven – die is de professor. Erik Bakkers is ook professor, maar dan in Eindhoven. Die werkt één dag in de week bij ons, samen met de Franse postdoc Sébastien Plissard. Zij laten de nanodraadjes groeien die we nodig hebben voor onze opstelling. Dan is er nog postdoc Sergey Frolov, die ons samen met Leo begeleidt. En Kun en ik doen dan het echte experiment.”

Dat klinkt als een heel klein groepje. Er zijn dus maar twee onderzoekers echt hands-on met het experiment bezig?

“Ja. Sergey een klein beetje, maar vooral wij. Wel begint ons team inmiddels een beetje uit te dijen. We zijn nu met een man of tien, omdat we meerdere richtingen aan het onderzoeken zijn.”

Was het vanaf het begin het plan om het structuurtje te bouwen waar jullie uiteindelijk majoranadeeltjes mee wisten te maken?

“Ja, dat was een beetje een vreemde situatie. Meestal zegt een professor tegen zijn promovendi: ‘Die en die dingen kun je bij elkaar stoppen, en dan zien we wel wat eruit komt.’ Maar dat was hier heel anders. Er is eerst een lange aanloop geweest vanuit de theoretische natuurkunde. Dat begon een jaar of tien geleden heel abstract, met een heel simpel idee hoe je majoranadeeltjes zou kunnen maken. Vervolgens duurt het heel lang voordat zoiets evolueert naar iets dat je als experimenteel natuurkundige echt zou kunnen maken. In 2008 was er weer een belangrijke doorbraak van de theoretische kant. Toen is er voor het eerst een systeem voorgesteld dat enigszins praktisch realiseerbaar leek te zijn. Daarna heeft het vakgebied een enorme vlucht genomen, en begin 2010 kwamen twee teams met het ontwerp waar wij mee aan de slag zijn gegaan. En dat was superspecifiek; bijna op kookboekniveau. ‘Stop dit en dit bij elkaar en waarschijnlijk zul je dit gaan zien.’ Dat is dus wel een vrij bijzondere situatie; dat je van de theoretici precies krijgt aangereikt wat je moet doen. Vaak is dat veel abstracter.”

Is twee jaar dan ook een heel korte tijd om op zo’n resultaat uit te komen?

“Ja, daar hebben we aan de ene kant mazzel mee gehad. Maar aan de andere kant waren we er ook wel echt klaar voor. Wat er gebeurd is: in 2010 had Leo een halfjaar sabbatical in Amerika. Toen ging hij bij allerlei universiteiten langs en hoorde hij over die ontwerpen voor een experiment dat majoranadeeltjes moest opleveren. Terug in Nederland heeft hij samen met Sergey een onderzoeksvoorstel geschreven. Toen dat er lag, waren Kun en ik net op zoek naar een promotieplaats, dus zijn we daar gelijk op gedoken. En toen kon het project gaan draaien. Het grote voordeel dat we dit zo snel konden doen, was dat de benodigde experimentele technieken eigenlijk al bestonden; die moesten wij bij elkaar brengen. We hoefden dus niet from scratch te beginnen.”

Om welke experimentele technieken gaat het dan?

“Onderzoek naar halfgeleidende nanodraden doen Leo en Erik al een jaar of tien. Dus in dat veld hadden we heel veel expertise waar we op konden voortborduren. Wel moesten we nieuwe materialen combineren. Dat is dan weliswaar een hele stap die je nog moet zetten, maar het is toch heel iets anders dan wanneer je met niets begint.”

Was de interesse bij Leo Kouwenhoven in majoranadeeltjes er ook al? Of zag hij puur die artikelen uit 2010 en bedacht hij toen: ‘Hé, wat wij maken, zou je kunnen gebruiken om dat ontwerp te realiseren’?

“Dat tweede. Leo heeft in de periode 2006-2008 al een aantal promovendi gehad die met vergelijkbare systemen onderzoek deden. Dat wil zeggen: een supergeleider combineren met een halfgeleidend nanodraadje. Daar hebben die jongens toen een paar mooie papers over gepubliceerd. En toen dacht Leo eigenlijk: ‘Nou, dit traject is nu wel zo’n beetje klaar. Daar kan ik niet meer pionier in zijn.’ Toen is hij een andere richting in geslagen met die nanodraden: qubits (de bits waar een zogenoemde quantumcomputer mee werkt, JPK). Een paar jaar later, in 2010, bleek dus dat er nog wel wat nieuws te doen was met supergeleiders en halfgeleiders. Dat geeft wel aan dat we in een vrij unieke startpositie zaten, want heel veel know how zat al in de groep.”

Wanneer kon het experiment dan écht van start gaan?

“In december 2011 hebben we het structuurtje afgekoeld, in de periode van kerst 2011 tot februari 2012 hebben we metingen gedaan. En eind februari heeft Leo in de VS op een congres de resultaten voor het eerst laten zien. De betreffende metingen waren toen dus net gedaan. Toen hij al in Amerika zat, kreeg hij van ons dagelijks updates. Hij heeft geloof ik tijdens zijn praatje slides laten zien met data die diezelfde dag was verzameld.”

Was er in die periode van december 2011 tot februari 2012 nog een moment waarop je dacht: ‘Wat we hier aan het doen zijn, is gewoon aan het lukken?’

“Ja en nee. Je bent naar iets op zoek, maar je weet niet precies hoe het eruit gaat zien. Dus elke keer dat je iets interessants ziet waarvan je denkt ‘dat zou het kunnen zijn’, ben je even blij. Maar je kunt ook weer niet té blij zijn, omdat je eerst helemaal moet uitpluizen of je niet blij met met een dooie mus. In januari kregen we voor het eerst een signaaltje dat er goed uitzag. Dan doe je een paar simpele checks en die gingen goed. Daarna ga je extra checks doen, en alles wat we deden bleek consistent met het verhaal van majoranadeeltjes.”

En toen was het een kwestie van snel publiceren om andere groepen voor te zijn?

“Toen dat duidelijk was, zo rond de tijd van dat congres in Amerika, zijn we daar wel gelijk mee naar buiten getreden, ja. Want we hadden superveel concurrentie.”

Was dat nog een lastige beslissing, om toen al resultaten naar buiten te brengen in plaats van ze een paar maanden langer onder de pet te houden om nog wat extra checks te kunnen doen?

“Kun, Sergey en ik waren wat terughoudender dan Leo. Leo keek er van een afstand naar, vond het er allemaal goed uitzien en wilde ermee naar buiten treden. Wij zaten er zó in, dat we veel meer beren op de weg zagen. Dus daar hebben we wel over gediscussieerd: ‘Wanneer doen we het? Zijn we er klaar voor?’ Maar uiteindelijk denk ik dat we daar goed uitgekomen zijn. En tja, als je er dan op zo’n congres over hebt gesproken, moet je er ook als een haas een artikel over schrijven. Van dat artikel was al een ruwe versie klaar op het moment dat de laatste data was genomen. Daar zijn we toen met zijn allen nog een keer goed overheen gegaan. Daarbij hebben we echt als team geopereerd. We werkten heel intensief samen en hadden meerdere keren per dag contact. Dat moest ook wel, anders kun je niet zo snel zijn.”

Meer weten over het majoranaexperiment van de TU Delft, en het type deeltjes waar het om draait? Een uitgebreid artikel hierover vind je in KIJK 11/2012. Deze editie ligt in de winkel van 21 september tot en met 18 oktober.

Beeld: TU Delft