Opkomst en verval aangeslagen elektron
Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica
(AMOLF) in Amsterdam kunnen tot in detail het snelle verval meten van
energierijke elektronen binnen atomen en moleculen en het ontsnappen
van elektronen uit die deeltjes. Drs. Marcel Warntjes van AMOLF
promo-veert op 30 mei op dit onderzoek.
Aangeslagen elektronen die om een atoom of molecuul draaien zijn
razendsnel: de omlooptijd ligt in de orde van picoseconden. De
verhouding van een picoseconde met één seconde is dezelfde als één
seconde met bijna 32.000 jaar.
In het klassieke natuurkundige beeld draaien elektronen als een soort
planeetjes rond hun atoomkern. De quantummechanica dicteert echter dat
elektronen zich gedragen als golven en daarom alleen maar banen kunnen
innemen waarin een geheel aantal golflengten past. Bij elk van die
banen hoort een specifieke hoeveelheid energie. Elektronen kunnen van
baan veranderen wanneer ze de juiste hoeveelheid energie krijgen of
verliezen. Die banen kunnen verstoord raken door het aanleggen van een
elektrisch veld. Een elektron krijgt meer energie (wordt aangeslagen)
wanneer het met geschikte laserpulsen wordt bestookt. Daarna probeert
het elektron zo snel mogelijk te vervallen naar lagere energie. Het
uitwisselen van energie kan bijvoorbeeld gebeuren met de
binnen-elektronen van een atoom of met de rotaties of vibraties van
een molecuul.
De onderzoekers op AMOLF kunnen nauwkeurig de energieën meten van de
aangeslagen elektronen. Ze hebben daarnaast een streak camera
ontwikkeld om in een elektrisch veld atomen of moleculen met
laserpulsen te beschieten en voor ontsnappende elektronen tot op
picoseconden nauwkeurig het tijdstip te bepalen waarop ze aan het
atoom of molecuul ontsnappen (zie figuur). Uit de metingen blijkt
bijvoorbeeld dat bij hoge energie het elektron altijd door een
elektrisch veld kan worden weggetrokken en dat het zijn energie niet
ín het atoom of molecuul afgeeft.
Als de laserpulsen korter zijn dan de tijd van een omloopbaantje van
een elektron blijken er gekke dingen te gebeuren. Elektronen
ontsnappen stapsgewijs of pulserend uit de atomen of moleculen. Het
begrip van deze processen is inmiddels zo goed dat de onderzoekers de
situatie ook kunnen omdraaien. Uit het gedrag van de geflitste atomen
of moleculen kunnen ze de eigenschappen van de laserpulsen
reconstrueren.
Nadere informatie bij:
* drs. Marcel Warntjes (AMOLF)
* tel. 020 6081234
* e-mail warntjes@amolf.nl
* promotie 30 mei 2001, 13.45 uur aula VU Amsterdam
Schematische werking van de streak camera. De laser-puls slaat atomen aan. Ontsnappende elektronen worden door de elektrische platen versneld naar de plaatsgevoelige detector. In het traject van de elektro-nen staan afbuigplaten die snel omklappen van een positief naar een negatief voltage. De afbuiging en daarmee de hoogte op de detector van het elektron is een maat voor het tijdstip van ontsnapping.