News
Spookdeeltjes aangetoond in moleculen
Utrecht, 25 juli 2011 - Onderzoekers van het LaserLaB aan de Vrije Universiteit Amsterdam en de Stichting FOM hebben aangetoond dat effecten van spookdeeltjes, die verklaard worden in de theorie van de Quantum Elektro Dynamika, naast atomen ook in moleculen een rol spelen. Zij zijn daarin geslaagd door het verrichten van precieze lasermetingen aan de energieniveaus van speciaal geprepareerde waterstof 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.
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 elektron-positron paren en virtuele fotonen. Alle elektronen 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 waterstofmoleculen 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 moleculen waterstofbromide (HBr) 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 waterstofmolecuul. 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 H2is 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).
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v107/i4/e043005
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 nanometer, waarmee het experiment wordt uitgevoerd. Dit is onzichtbaar voor het menselijk oog.
Meer informatie
Prof.dr. Wim Ubachs, LaserLaB VU
Website: http://www.nat.vu.nl/~wimu/
Email: w.m.g.ubachs@vu.nl
Telefoon (020) 598 79 48
Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)
Telefoon +31 (0)30 600 12 22
info@fom.nl
Vrije Universiteit Amsterdam, afdeling Persvoorlichting
Telefoon +31 (0) 20 598 56 66
pers@vu.nl
