Müllers Nobelprijs

DE NOBELPRIJS VAN KARL ALEX MÜLLER

De tak van de natuurkunde die het meest met meetkundige figuren is verbonden wordt vaste stof fysica of de natuurkunde van gecondenseerde materie genoemd. Theoretisch fysicus Wolfgang Pauli heeft met zijn visie op paramagnetisme in 1927 een belangrijke bijdrage aan de vaste stof fysica geleverd, maar zich verder niet meer met dit vakgebied bemoeid, hoewel zijn laatste assistent en latere biograaf, Charles P. Enz, uitgerekend op dit gebied werkzaam was. Indirect heeft Pauli later toch een grote invloed op de vaste stof fysica uitgeoefend. Een van zijn studenten aan de ETH Zürich was Karl Alex Müller. Deze werd in 1927 in Bazel geboren en sloot zijn natuurkundestudie aan de ETH in 1952 af. Vier semesters lang had hij de colleges theoretische fysica van Pauli bijgewoond en was hij onder de indruk van diens persoonlijkheid gekomen. Juist in 1952 verscheen de verzamelband Naturerklärung und Psyche met een bijdrage van de dieptepsycholoog Carl Gustav Jung over het zinvolle toeval (synchroniciteit) en een studie van Pauli naar archetypische motieven in het werk van de astronoom Johannes Kepler en de arts en alchemist Robert Fludd.

Rangschikking van de ionen in SrTiO₃ kristal. Uit: Helvetica Acta 31, 1958..

Müller raakte geïnteresseerd in de Jungs dieptepsychologie en schafte zich toegang tot Pauli’s studie van Kepler en Fludd door in 1953 eerst Die Psychologie C.G. Jungs van Jolande Jacobi te lezen. Al snel werd het hem daarbij duidelijk dat Pauli de neurotische natuurwetenschapper moest zijn geweest van wie Jung in Psychologie und Alchemie een tachtigtal dromen had gepubliceerd. Terwijl Müller aan zijn proefschrift werkte, ging hij ook aan zijn eigen dromen aandacht besteden. Zijn proefschrift was gewijd aan de kristalstructuur van strontiumtitanaat (SrTiO₃), een dubbeloxide van strontium- en titaanoxide. Dit kristal heeft een zogeheten perovskiet-structuur. Perovskieten zijn keramische verbindingen genoemd naar de Russische amateur-geoloog Lev Aleksevitch von Perovski. Het gaat om een grote groep oxiden die ongeveer dezelfde kristalstructuur hebben maar zeer uiteenlopende eigenschappen kunnen hebben.

Wij kunnen ons de kristalstructuur van SrTiO₃ voorstellen als een kubus waarvan de hoekpunten bezet worden door geïoniseerde strontium-atomen. De geïoniseerde zuurstofatomen moeten we ons dan in het midden van de zes zijvlakken van de kubus denken. Zij vormen met elkaar een octaëder of regelmatig achtvlak rondom het geïoniseerde titanium-atoom in het midden. Het lijkt er dan misschien op dat er in strontiumtitanaat meer strontium- dan titanium-atomen zitten. Maar de langs synthetische weg vervaardigde edelsteen bestaat natuurlijk uit een hele grote verzameling kubusjes die netjes op en naast elkaar gestapeld zijn. Ieder hoekpunt van een specifiek kubusje is dus omringd door acht verschillende kubusjes. En dat betekent dat ieder strontium-atoom door acht titanium-atomen omringd is, zoals een titanium-atoom door acht strontium-atomen omringd is. Waar het om draait is dat de perovskiet-structuur hoogsymmetrisch is. Van de zeven mogelijke kristalstructuren is die van de perovskieten het meest symmetrisch.

In de lente van 1956, vlak voordat Alex Müller voor zijn proefschrift aan deze structuur ging werken, trad hij met Ingeborg Winkler in het huwelijk en kreeg zijn leven een meer vaste bedding. Het jaar daarop kreeg hij een zoon, maar ook een grote droom. Daarover vertelt hij zelf: ‘Als je vertrouwd bent met de terminologie van Jung, dan was de perovskiet-structuur voor mij – en is zij nog steeds – een symbool van het heilige, ook al klinkt dat wat hoogdravend. Zij is een mandala, een symbool dat op het Zelf is gecentreerd en bepalend voor mij was… Ik droomde over dit perovskiet-symbool toen ik mijn doctorstitel aan het behalen was. Nog interessanter is dat die perovskiet-structuur niet zomaar op tafel stond, maar omhoog gehouden werd door Wolfgang Pauli die toen een leermeester van mij was.’ (Gerald Holton, Hasok Chang and Edward Jurkowitz, ‘How a Scientific Discovery is Made: A Case History’, American Scientist, Vol. 84, p. 372)

In ‘Annäherung ans Feuer’ schrijft Müller dat zijn huwelijk en de positieve wending in zijn werk innerlijk sterke verschuivingen van het onbewuste teweeg hadden gebracht waarmee hij had moeten leren omgaan: ‘Maar ik kreeg als het ware als bekroning voor mijn inspanningen zowel in dit opzicht als ten aanzien van mijn gezin en de natuurkunde in de zin van Jung een kleurige Grote Droom. Daarin aanschouwde ik, anderhalf jaar voor zijn dood, Wolfgang Pauli, die als een Boeddha in diepe introversie verzonken was. In zijn rechter hand hield hij het hoogsymmetrische, kubische kristalrooster van SrTiO_3. Daarin splitste zich een witte straal licht in de kleuren van het zichtbare spectrum. Deze ene droom was, nu ik daarop terugkijk, gedurende vier decennia voor mij bepalend, en wel voor mijn wetenschappelijk onderzoek en het succes daarvan als ook voor mijn gezondheid.’ (K. Alex Müller, ‘Annäherung ans Feuer’, in: Thomas Arzt, K. Alex Müller und Maria Hippius-Gräfin Dürckheim (Hrsg.), Jung und Jünger, Königshausen & Neumann, Würzburg, 1999, p. 39)

De splitsing van wit licht in de kleuren van de regenboog had eerder indruk op hem gemaakt, toen zijn scheikundeleraar in het voortgezet onderwijs deze splitsing in de klas had gedemonstreerd. Deze herinnering lijkt in de droom verwerkt te zijn. Psychologisch gesproken gaat het zichtbare spectrum om het opleven van het gevoel. In de alchemie werd dat opleven gesymboliseerd door de kleuren van een pauwenstaart. Maar de rol die de perovskiet-structuur daarbij in de droom speelt is vooral verrassend vanwege het verdere verloop van Müllers leven. Sinds 1983 werkte hij samen met experimenteel fysicus J. Georg Bednorz aan een kwantumfysisch effect dat naar H.A. Jahn en Edward Teller is genoemd. Bednorz had vanaf 1972 tien jaar lang aan de kristalgroei van perovskieten gewerkt, waaronder ook SrTiO₃. Müller en Bednorz gingen op zoek naar hoge-temperatuur supergeleiding en slaagden in de winter van 1985/86 om hierbij een grote doorbraak te forceren bij hun onderzoek naar lanthanum cupraten die met verschillende hoeveelheden barium verontreinigd waren. (Ba-La-Cu-O). Ook dit keer ging het om een keramische stof met een perovskiet-structuur. Maar ruimtelijk ziet het er een tikkeltje anders uit omdat in deze cupraat sprake is van lagen met koper (Cu) en zuurstof (O). Müller en Bednorz toonden overtuigend aan dat lanthanum cupraat bij een temperatuur supergeleidend wordt die aanzienlijk boven het absolute nulpunt ligt. Voor deze ontdekking deelden zij in 1987 de Nobelprijs. Hun gezamenlijke voordracht bij de uitreiking van de prijs droeg als titel ‘Perovskite-type Oxides – The New Approach to High-T_c Superconductivity.’ Ruim 25 jaar na zijn droom vormde de kubische structuur van de perovskieten voor Müller nog steeds een belangrijke leidraad in zijn leven: ‘Dat uit de perovskiet-structuur in de Grote Droom van 1957 te voorschijn brekende lichtspectrum kan mogelijk ook het aspect van supergeleiding omvatten. Dit naast de kleuren zelf die het leven betekenen.’ Müller liet van lanthanum cupraat een sieraad voor zijn vrouw maken. Bij het diner in Stockholm zat Müller naast de koningin van Zweden. Tegenover hen zat Müllers vrouw. De koningin stelde tot haar grote verrassing vast dat Ingeborg Winkler een sieraad droeg dat nog stralender was dan haar eigen diamant. Blijkbaar kan de mens de natuur nog overtreffen ook.

Het succes van de ontdekking van hoge-temperatuur supergeleiding was overweldigend. Er kwam in de hele wereld een stortvloed aan publicaties los over het nieuwe verschijnsel. Deze stortvloed duurt tot op de dag van vandaag voort. Nog steeds worden er op dit gebied nieuwe ontdekkingen gedaan. Maar het werk aan perovskieten wordt nu voortgezet door mensen die vermoedelijk nooit aandacht schenken aan hun nachtelijke dromen. In de grote droom van Alex Müller wordt het belang van introversie benadrukt. Pauli zit als een Boeddha in meditatie verzonken, terwijl het witte licht de kubische structuur treft die in deze droom als een symbool van het Zelf kan worden opgevat. Hier ligt een belangrijk raakpunt tussen natuurkunde en dieptepsychologie. Het zuivere licht van God wordt door het kristal gebroken in verschillende frequenties. Nergens in de droom is sprake van de nervositeit die met het behalen van een Nobelprijs gepaard gaat. Eerder wordt het grote geheim van de schepping zichtbaar, het geheim van de transformatie van licht in leven. Het rijk van mineralen geldt als het rijk op aarde met het minste bewustzijn. Daarom moet de bewustwording van het Zelf een bepaald niveau hebben bereikt voordat we ons van het energieniveau van mineralen bewust kunnen worden. In de alchemie gold de steen der wijzen als het hoogste doel van het innerlijk en uiterlijk transformatieproces. Psychologisch gesproken gaat het bij het symbool van de steen of het kristal om het vinden in jezelf van een vaste kern die niet meer door affecten en emoties wordt weggespoeld.

Herbert van Erkelens