Stichting FOM
25 juli 2011, 2011/29
Spookdeeltjes aangetoond in moleculen
Onderzoekers van het LaserLaB aan de Vrije Universiteit Amsterdam en
van de Stichting FOM hebben aangetoond dat effecten van spookdeeltjes,
die verklaard worden in de theorie van de Quantum Elektro-Dynamika
(QED), naast atomen ook in moleculen een rol spelen. Zij zijn daarin
geslaagd door het verrichten van preciese lasermetingen aan de
energieniveaus van speciaal geprepareerde waterstof (H ) moleculen,
die extreem snel tollen om hun as. De uitkomsten van die metingen zijn
op 22 juli gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Physical
Review Letters.
Figuur 1. Laseropstelling
vergroten Figuur 1. Laseropstelling
Deze speciale laseropstelling is in het LaserLaB van de VU gebouwd voor
het verrichten van precisiemetingen. Alleen het zichtbare licht is te
zien op de foto. In de opstelling worden de laserpulsen getransformeerd
naar ultraviolet laserlicht bij een golflengte van 210 nm, waarmee het
experiment wordt uitgevoerd. Dit is onzichtbaar voor het menselijk oog.
QED
Energieniveaus van atomen en moleculen kunnen met grote nauwkeurigheid
berekend worden door de zogenaamde Schrödingervergelijking op te
lossen. Deze vergelijking beschrijft heel nauwkeurig hoe twee protonen
en twee elektronen in een waterstofmolecuul bewegen. Echter, vanuit het
'vacuüm' ontspringen voortdurend spookdeeltjes, deeltjes die niet
direct meetbaar zijn maar waarvan het bestaan wel aangetoond kan
worden. De spookdeeltjes waar het hier om gaat zijn electron-positron
paren en virtuele fotonen. Alle electronen weten zich voortdurend
omringd door dergelijke spookdeeltjes. Ze hebben een miniem effect op
de energietoestanden. De uiterst geringe effecten kunnen berekend
worden met de theorie van de Quantum Elektro Dynamika (QED); de
geavanceerde berekeningen zijn onlangs uitgevoerd door prof. Pachucki
en zijn collega-onderzoekers aan de Universiteit van Warschau. In het
gepubliceerde artikel worden de energieën van een serie toestanden met
een oplopend 'tol-getal' met uiterste nauwkeurigheid gemeten en
vergeleken met deze berekeningen. Daaruit blijkt dat de effecten van de
spookdeeltjes ook in H echt bestaan, en zowel berekend en gemeten
kunnen worden. Daarmee is aangetoond dat ze een rol spelen bij de
chemische binding van moleculen.
Snel tollende waterstofmoleculen
Waterstofmoleculen worden in het experiment geprepareerd in 'hoge
tol-toestanden' door waterstofbromide (HBr)-moleculen met een UV-laser
te beschieten. De HBr-moleculen vallen dan uiteen, waarbij een H-atoom
met hoge snelheid ontsnapt. Dat H-atoom botst dan tegen een volgend
HBr-molecuul, en in die chemische reactie ontstaat dan een snel tollend
H -molecuul. De energieniveaus van die tollende moleculen worden dan
weer met een laser heel nauwkeurig gemeten.
Testen van theorieën met hoge precisie
Het is voor het eerst dat deze fenomenen van spookdeeltjes in moleculen
kunnen worden waargenomen, waarmee is aangetoond dat ze chemische
binding in moleculen beïnvloeden. In het LaserLaB van de VU is onlangs
het nieuwe FOM-programma 'Broken mirrors and drifting constants -
Ultra-precise investigations of fundamental symmetries and constants at
the atomic scale' gestart dat erop gericht is de grenzen van de QED-
theorie te testen en te verkennen of er wellicht effecten kunnen worden
waargenomen van nog onbekende spookdeeltjes.
Referentie
Het artikel "QED effects in molecules; tests on rotational quantum
states of H " is op 22 juli verschenen in het tijdschrift Physical
Review Letters. De auteurs van het artikel zijn Edcel Salumbides (Cebu,
Filipijnen, voormalig FOM-promovendus), Gareth Dickenson
(FOM-promovendus), Toncho Ivanov (VU) en Wim Ubachs (VU en
FOM-werkgroepleider).
Meer informatie
Prof.dr. Wim Ubachs, LaserLaB VU
Website: http://www.nat.vu.nl/~wimu/
Telefoon (020) 598 79 48
Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)
Telefoon +31 (0)30 600 12 22
Vrije Universiteit Amsterdam, afdeling Persvoorlichting
Telefoon +31 (0) 20 598 56 66