Slow motion botsingen van moleculen ontcijferd


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Anouck Vrouwe
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=314900
printerversie
12 november 2015, 2015/34

Slow motion botsingen van moleculen ontcijferd

Voor het eerst hebben wetenschappers waargenomen hoe moleculen van richting veranderen na langzame botsingen met atomen. Onderzoekers van de Radboud Universiteit en de Stichting FOM lieten moleculen heel langzaam botsen op atomen. Zo konden zij voor het eerst inzoomen op de essentie van een
botsing: hoe gaat de begintoestand van deeltjes over in een eindtoestand? Zij publiceren de resultaten in het vakblad Science op 13 november 2015. Het is de derde Science-publicatie van de groep in vier jaar.
Resonantielandschap
vergroten Resonantielandschap
De golffunctie van de botsing tussen een NO-molecuul (roodwit) en een heliumatoom (geel) bij de resonantie-energie.
Credit: RU/IMM
Twee botsingen
vergroten Twee botsingen
Links een botsing bij de resonantie-energie, waarbij de deeltjes elkaar kort omcirkelen voordat ze uit elkaar vliegen. Rechts een 'normale' botsing, die niet bij de resonantie-energie plaatsvindt; hier worden de deeltjes direct afgebogen.
Credit: RU/IMM
Bas van de Meerakker
vergroten Bas van de Meerakker
Credit: RU/Willem Melssen
Volgens de regels van de quantummechanica gedraagt een molecuul zich vaak als een reeks golven. Wanneer een molecuul op een atoom botst, spelen heel veel verschillende golven een rol. Deze golven interfereren tijdens de botsing en kunnen bijvoorbeeld een diffractiepatroon vormen.
Wetenschappers proberen al jaren de invloed van een enkele golf in een dergelijke botsing in kaart te brengen. Het is fundamenteel onmogelijk om experimenteel een golf te selecteren en de invloed van die ene golf op het botsingsproces te bestuderen. Bij lage temperaturen, als moleculen
langzaam botsen, kan het onder speciale omstandigheden opeens wel: bij zogenaamde 'botsingsresonanties' krijgt een enkele golf opeens een dominerend karakter. In dat geval is precies na te gaan hoe een enkele golf voor de botsing het golfkarakter van de deeltjes na de botsing bepaalt. Dit is
de essentie van een botsing op de meest fundamentele manier: hoe gaat de begintoestand van deeltjes over in een eindtoestand?

Resonerende botsing beinvloedt de vervolgrichting
"Wij kunnen dit nu meten door de richtingsverandering van moleculen tijdens langzame botsingen te meten," zegt FOM-werkgroepleider Bas van de Meerakker, die onder meer een ERC Starting Grant kreeg in 2013. "Als de moleculen iets te snel of te langzaam botsen, zien we een normaal
diffractiepatroon van golven. Maar als ze precies de juiste snelheid hebben en de resonantie raken, is de richtingsverandering opeens heel anders. Een resonantie kunnen we ons voorstellen als een botsing waarbij de deeltjes een tijdje om elkaar heen draaien voordat ze in een heel andere
richting uit elkaar kunnen vliegen, terwijl de deeltjes bij een normale botsing meteen van richting veranderen en doorvliegen." Deze metingen kloppen precies met quantummechanische berekeningen van theoretisch chemici Gerrit Groenenboom en Ad van der Avoird, mede-auteurs van het artikel. Met
behulp van hun theorie kunnen de onderzoekers nu precies achterhalen welke golven een rol spelen bij een botsingsresonantie en wat de invloed van deze golven is op de richtingsverandering van de moleculen.

In het Cold and Controlled Collisions laboratorium op de Radboud Universiteit staat een Stark-afremmer, waarmee de onderzoekers de snelheid van de moleculen voor de botsing precies kunnen controleren. Na de botsing meten de onderzoekers de richtingsverandering van de moleculen nauwkeurig met
de velocity map imaging-methode. Deze combinatie van technieken is alleen op de Radboud Universiteit beschikbaar. Dit unieke experiment maakte het voor het eerst mogelijk om deze richtingsveranderingen van moleculen bij een botsingsresonantie te zien.

Quantum voor kinderen
Van de Meerakker heeft in september een Radboud Science Award ontvangen. Deze prijs wordt uitgereikt aan de drie beste, belangrijkste en boeiendste wetenschappelijke onderzoeksresultaten van de Radboud Universiteit en het Radboudumc van het afgelopen jaar. Het Wetenschapsknooppunt Radboud
Universiteit organiseert de uitreiking. De winnaars van de awards krijgen de kans om hun onderzoek te vertalen naar activiteiten voor kinderen uit groep 7 en 8 van het basisonderwijs. Van de Meerakker zal de kinderen met hulp van experimentjes wegwijs maken in de wonderen van de
quantummechanica, waaronder het golfkarakter van materie.

FOM
Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt door geld uit de FOM-Projectruimte. Onderzoekers Sjoerd Vogels en Simon Chefdeville zijn in dienst bij FOM. Mede-auteur Jolijn Onvlee won vorig jaar de Posterprijs tijdens Physics@FOM Veldhoven 2015 voor haar poster over dit onderzoek.

Contactinformatie
Sjoerd Vogels en Bas van de Meerakker: (024) 365 30 25.

Referentie
Imaging resonances in low-energy NO-He inelastic collisions, Sjoerd N. Vogels, Jolijn Onvlee, Simon Chefdeville, Ad van der Avoird, Gerrit C. Groenenboom, Sebastiaan Y.T. van de Meerakker, Science, 13 november 2015.