Je leest:

Botsende BEC’s

Botsende BEC’s

Auteur: | 5 november 2004

In het instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) hebben vier natuurkundigen een versneller voor onderkoelde groepjes atomen (BEC’s) gemaakt. Ze beschreven hun eerste experiment in Physical Review Letters.

Christian Buggle, Jérémie Léonard, Wolf von Klitzing en Jook Walraven van het Amsterdamse AMOLF bouwden een kleine versneller voor Bose Einstein Condensaten (BEC’s). Met hun versneller schoten ze twee BEC’s op elkaar en keken hoe de brokstukken uiteen vlogen. Ze ontdekten dat bij zo’n botsing een deel van de atomen vrijkomt uit de grote samengesmolten massa.

Botsing van twee Bose Einstein Condensaten (BEC’s). Bij de botsing komt een deel van de atomen los uit het collectief, maar een ander deel blijft kwantummechanisch verbonden en schiet in een bolschil weg van de botsing. bron: FOM / AMOLF

Gesmolten atomen

BEC’s zijn clubjes atomen met zo’n lage temperatuur, dat ze alle fut verliezen om zich van elkaar te onderscheiden. Vlakbij het absolute nulpunt (0 Kelvin, ofwel –273,15 oC) smelten atomen door een kwantumeffect samen tot één collectief geheel. Natuurkundigen zeggen dat de atomen allemaal in dezelfde toestand (grondtoestand) komen.

Afzonderlijke atomen zijn in de BEC niet meer te onderscheiden; het condensaat gedraagt zich als één deeltje. Dit gedrag werd al in 1924 voorspeld door de Indiase natuurkundige S.N. Bose. Samen met Albert Einstein werkte hij de theorie van Bose Einstein Condensaten uit. Natuurkundigen willen graag weten hoe stevig zo’n BEC is – wat is er nodig om het collectief in zijn delen te splitsen?

De AMOLF-onderzoekers maakten in hun experiment een BEC van Rubidium-atomen. Na afkoeling tot één duizendste graad boven het absolute nulpunt splitsten ze de BEC met magneetvelden in twee delen van 100.000 atomen en een honderste millimeter groot. Na de splitsing brachten de onderzoekers de twee BEC’s eerst tot 4 millimeter afstand en schoten ze weer op elkaar af. Bij de botsing bewogen de BEC’s met centimeters per seconde, veel sneller dan hun eigen geluidssnelheid (de snelheid waarmee schokgolven door de BEC reizen). Met zo’n snelheid is de botsing voorbij voor de achterste onderdelen van de BEC van de voorste een schokgolf voelen: elk atoom in de BEC onderging de klap dus geheel onvoorbereid. Zouden de BEC’s daardoor helemaal opsplitsen in die losse atomen? Na de botsing bleek een dunne bolschil van BEC-materiaal de ruimte in te golven, maar ook kwamen er atomen vrij uit het collectief. Dit soort gegevens leert natuurkundigen hoe sterk de band in het BEC-collectief precies is.

Drie opnames van BEC-vorming. Hoe hoger de piek, hoe meer atomen zich op één plek verzamelen. De opname linksonder is van vlak voor de BEC-vorming, de twee andere opnames laten zien hoe de atomen samenvloeien in één groot collectief. bron: Nobel.seKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

De eerste BEC’s werden pas in 1995 geproduceerd. Dat gebeurde bij het JILA-instituut (Joint Institute for Laboratory Astrophysics van de Universiteit van Colorado) en later dat jaar bij MIT (Massachussetts Institute of Technology). De hoofdonderzoekers, Carl Wieman, Eric Cornell en Wolfgang Ketterle, kregen er in 2001 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor.

Literatuur

Ch. Buggle, J. Léonard, W. von Klitzing, and J. T. M. Walraven, Physical Review Letters 2004: Interferometric Determination of the s and d-Wave Scattering Amplitudes in 87Rb

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 november 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.