Supergeleiders geleiden elektriciteit zonder weerstand, een prestatie die de meeste slechts een paar graden boven het absolute nulpunt leveren - dat wil zeggen, bij temperaturen waarbij 'praktische toepassing' een verre droom blijft. In de late jaren 1980 werd ontdekt dat koperhoudende materialen, cupraten genaamd, supergeleiden bij hogere temperaturen, bereikbaar met betaalbare vloeibare stikstof. Bijna 40 jaar later zijn natuurkundigen het nog steeds niet eens over waarom. Dit is wat er gebeurt als je iets ontdekt dat werkt voordat je het begrijpt - een situatie die bekend voorkomt bij iedereen die ooit een computer heeft gerepareerd door hem opnieuw op te starten.

In een recente studie in Science heeft een team onder leiding van Milan Allan van de Ludwig Maximilian Universiteit van München en Ingmar Swart van de Universiteit Utrecht in Nederland antwoorden gevonden door te luisteren naar het zwakke elektrische gekraak van stroom die in een cupraat vloeit. Ja, ze hebben letterlijk naar de ruis geluisterd. Het is niet helemaal 'zet hem uit en weer aan', maar het lijkt er wel op.

Centraal in het mysterie staat een vreemde toestand die de pseudogap wordt genoemd. 'De pseudogap is een fenomeen van ontbrekende elektronen,' zei Allan. Boven de temperatuur waarbij cupraten supergeleidend worden, lijken sommige van hun elektronen te verdwijnen - metingen vinden er veel minder van bij de energieën waar ze zouden moeten zijn. 'Iedereen weet dat je met verschillende probes ziet dat er deze verdwijnende elektronen zijn, maar niemand weet waarom,' zei Allan. Dit is het natuurkundige equivalent van je sleutels verliezen en ze vinden op de laatste plek waar je kijkt, behalve dat de sleutels fundamentele deeltjes zijn en de laatste plek een kwantumtoestand is.

Decennialang hebben natuurkundigen twee belangrijke concurrerende verklaringen naar voren gebracht. De eerste veronderstelt dat elektronen vast komen te zitten in een of andere structuur - bevriezen tot patronen zoals ladingsdichtheidsgolven - en dat supergeleiding zich afzonderlijk ontwikkelt. Het alternatief koppelt het fenomeen nauw aan supergeleiding. 'Anderen denken dat ze ontbreken omdat ze paren vormen,' zei Allan. Paren elektronen, Cooper-paren genaamd, zijn wat stroom draagt in een supergeleider. Als deze paren verschijnen voordat het materiaal supergeleidend wordt, zouden ze een voorwaarde voor supergeleiding zijn - een soort wachtkamer, waar paren bestaan maar nog niet in de pas kunnen bewegen. Stel je een dansvloer voor waar iedereen een partner heeft maar niemand het eens kan worden over de choreografie.

Dit beslechten bleek extreem moeilijk. 'Veel verschillende experimentele signaturen worden als het ware in dit alles samengevoegd,' zei Allan. Verschillende instrumenten zien allemaal iets, maar hun metingen, zei Allan, zijn nooit sluitend. 'Het is altijd iets onsamenhangends, moeilijk te bevatten,' zei hij. Wat de onderzoekers nodig hadden was een manier om paren direct te zien, en Allan en zijn collega's bedachten het.

Het team besloot naar shotruis te luisteren - kleine fluctuaties veroorzaakt door de aankomst van individuele ladingen die de stroom van een elektrische stroom vormen. Allan zegt dat het lijkt op regen die op het dak trommelt. 'Als je je voorstelt dat je regendruppels hebt en dan plotseling de druppels twee keer zo zwaar maakt, zal er meer ruis zijn,' zei Allan. 'Met de elektronen is het vergelijkbaar. Als je twee elektronen altijd samen hebt komen, omdat ze geassocieerd zijn met paring, dan zal er meer ruis zijn.' Dus de volgende keer dat iemand klaagt over lawaaiige elektronica, vertel ze dat het gewoon elektronen kunnen zijn die paren vormen.

De onderzoekers deden deze meting met een scanning tunneling microscoop, die stroom liet lopen tussen een naaldscherpe tip en een cupraatmonster, waardoor ze naar de ruis konden luisteren bij specifieke energieniveaus en verschillende locaties op het oppervlak. In conventionele supergeleiders produceert paring een schone verdubbeling van de ruis. In cupraten is het signaal veel zwakker, omdat enkele elektronen blijven stromen naast de paren. Het is alsof je een duet probeert te horen in een volle kamer waar de meeste mensen solo zingen.

Het instrument gevoelig genoeg maken om de paren te onderscheiden kostte jaren. 'Wat ervoor nodig was, zijn zeer getalenteerde en volhardende studenten die werkten voor, ik weet niet,