Het is een warme zondagavond als ik met één van mijn huisgenoten een rondje door de stad loop om te genieten van de laatste zonnestralen van die dag. Onze wandeling brengt ons, net als vele Leidenaren deze avond, langs het Van der Werff-park. Aan de overkant van het water kunnen we daarvandaan het Kamerlingh Onnes Gebouw, onder studenten beter bekend als het KOG, zien liggen. “Zeg, weet jij eigenlijk wel waarvoor Kamerlingh Onnes de Nobelprijs heeft gekregen?”, vraag ik mijn huisgenoot. “Oh, weet ik eigenlijk niet precies. Voor de vrede, denk ik, want het is de rechtenfaculteit”, antwoordt ze, terwijl ze me enigszins vragend aankijkt. Een uitgebreid antwoord over de prestaties van Kamerlingh Onnes had ik zeker niet verwacht, maar deze reactie verbaast me toch ook enigszins. Hoewel het KOG nu namelijk gebruikt wordt door de faculteit rechten van de Universiteit Leiden, is het ooit vernoemd naar de natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes. Hoog tijd dus om een artikel te schrijven over deze man en zijn werk, speciaal voor iedereen die wel eens langs het KOG loopt, fietst of er misschien zelfs studeert en nu ook wel eens wil weten waaraan hij deze eer te danken heeft.

Laten we bij het begin beginnen: op 21 september 1853 werd Heike Kamerlingh Onnes geboren in Groningen. Dat is ook de stad waar hij in 1870 begon met studeren aan de universiteit, in de richting wiskunde, natuurkunde en scheikunde. De rijksuniversiteit Groningen had het in die tijd moeilijk, met teruglopende studentenaantallen en een klein budget vergeleken met de universiteiten van Leiden en Utrecht. Om die reden studeerde Kamerlingh Onnes ook enige tijd aan de Ruprecht-Karls-universiteit in Heidelberg. Toch keerde hij niet veel later terug naar Groningen, waar hij afstudeerde en in 1879 promoveerde.

In 1882 werd Heike Kamerlingh Onnes benoemd tot hoogleraar in de natuurkunde aan de Universiteit Leiden. Tijdens zijn inaugurele rede introduceerde hij zijn lijfspreuk, die ook op zijn borstbeeld voor het KOG te lezen is: door meten tot weten. Deze uitspraak geeft aan hoeveel belang Kamerlingh Onnes hechtte aan experimenteel onderzoek, wat in zijn volledige carrière een belangrijke rol zou spelen.

In het gebouw dat we nu kennen als het KOG, richtte hij zich op zogeheten cryogeen onderzoek: onderzoek naar en bij heel lage temperaturen. Op die manier hoopte hij de stellingen van Van der Waals, over vloeistoffen en gassen, te bevestigen. Kamerlingh Onnes was niet de enige natuurkundige in zijn tijd die probeerde extreem lage temperaturen te bereiken en zo gassen vloeibaar te maken. In 1908 was hij wel de eerste die erin slaagde helium vloeibaar te maken. Daarvoor maakte hij gebruikt van het Joule-Thompson effect, dat beschrijft hoe de temperatuur van een gas verandert op het moment dat het gas wordt samengedrukt of juist uitzet. Pas in 1923 zouden ook anderen erin slagen helium vloeibaar te maken, dus tot die tijd bevond de koudste plek op aarde zich een aantal jaar in het centrum van Leiden.

Nadat het Kamerlingh Onnes was gelukt om helium vloeibaar te maken, kon hij onderzoek gaan doen naar natuurkundige fenomenen bij zulke extreem lage temperaturen. Het was al bekend dat de elektrische weerstand van metalen lager wordt bij afnemende temperaturen. Maar wat zou er gebeuren met de weerstand wanneer de temperatuur tot het absolute nulpunt daalt? Op die vraag was nog geen eenduidig antwoord te geven. Het absolute nulpunt, 0 Kelvin of -273,15 ^oC, is de temperatuur waarbij moleculen en atomen ophouden met bewegen. Kamerlingh Onnes had de mogelijkheid met zijn apparatuur de temperatuur tot vlak boven het absolute nulpunt te laten dalen. Door uitgebreid systematisch onderzoek aan de metalen kwik, lood en tin kwam hij enkele jaren nadat hij helium voor het eerst vloeibaar maakte tot een conclusie: als de temperatuur daalt tot het absolute nulpunt, verdwijnt de weerstand van deze metalen. Dit fenomeen noemde hij suprageleiding, later omgedoopt tot supergeleiding.

Doordat een supergeleider geen elektrische weerstand heeft, kan een stroom hierin ook zonder aangesloten spanningsbron blijven lopen. Een gesloten stroomkring wekt een magnetisch veld op, dus met een supergeleider is het mogelijk een permanent magnetisch veld op te wekken. Eenvoudig of goedkoop is dat niet: het systeem moet constant gekoeld worden, over het algemeen met vloeibaar helium. Handig is het wel, supergeleiders vinden hun toepassing bijvoorbeeld in deeltjesversnellers, maar ook in de MRI-scanners die in een ziekenhuis te vinden zijn. Naar cryogene temperaturen en supergeleiding wordt dan ook nog altijd veel onderzoek gedaan, zowel in Leiden als in de rest van de wereld.

Voor zijn bijdrage aan het onderzoek naar de eigenschappen van materie bij extreem lage temperaturen, ontving Heike Kamerlingh Onnes in 1913 de Nobelprijs voor de Natuurkunde. In 1932, 6 jaar na zijn dood, kreeg het gebouw waarin hij zijn onderzoeken uitvoerde de naam Kamerlingh Onnes Laboratorium. Het natuurkundelaboratorium in het Leidse Biosciencepark, draagt deze naam nog steeds. Het oorspronkelijke laboratorium wordt niet meer gebruikt en inmiddels heeft de rechtenfaculteit haar intrek genomen. De naam en het borstbeeld voor de ingang herinneren de studenten echter nog altijd aan de belangrijke Leidse natuurkundige die er ruim honderd jaar geleden zijn experimenten uitvoerde.

Wil je meer weten? De instrumenten die Heike Kamerlingh Onnes gebruikte om helium vloeibaar te maken en voor zijn verdere cryogene onderzoek zijn te bewonderen in museum Boerhaave in Leiden. Verder heeft Dirk van Delft het boek ‘Heike Kamerlingh Onnes: een biografie’ geschreven, waarin zijn leven en werk uitgebreid beschreven worden.