Je leest:

Helium gelijmd met licht

Helium gelijmd met licht

Auteur: | 19 augustus 2003

Een internationaal team van onderzoekers heeft twee metastabiele heliumatomen met licht aan elkaar gelijmd. De moleculen die dat opleverde bleven opmerkelijk lang intact.

Natuurkundigen van het Ecole Normale Supérieure (ENS) in Parijs, het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein en Calvin College in de V.S. hebben metastabiele heliumatomen aan elkaar geplakt met een laser. Het metastabiele molecuul bestaat uit twee atomen met hoge interne energie, die desondanks niet snel vervallen. Het molecuul zelf bleek ook relatief lang te leven – voor een onstabiel molecuul, wel te verstaan. Daardoor konden de wetenschappers precieze metingen aan het metastabiele helium verrichten. Hun resultaten verschenen op 15 augustus 2003 in het gerenommeerde Physical Review Letters.

Een paar van onafhankelijke metastabiele heliumatomen absorbeert een foton en wordt daardoor gebonden tot een molecuul. Het elektrische veld van het foton houdt de binding in stand. Na enige tijd wordt het foton weer uitgestraald. De atomen hebben dan een beetje bewegingsenergie gewonnen. bron: Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)

Metastabiel

Metastabiele heliumatomen zijn in een speciale aangeslagen toestand: ze dragen 20 elektronVolt aan interne energie in hun elektronenwolken, veel meer dan het atoom in zijn grondtoestand (met de laagste energie) heeft. Hoewel ze die energie op een gegeven moment uitzenden in een regen van geladen deeltjes, ‘leven’ metastabiele atomen veel langer dan atomen met hoge interne energie meestal doen. Daarom heten ze _meta_stabiel – dat betekent “bijna” of “niet helemaal” stabiel.

Metastabiel helium was al vier jaar eerder in moleculen gebonden, maar het Utrechts/Amsterdamse team dat het molecuul voor het eerst waarnam kreeg het niet voor elkaar de moleculen lang intact te houden. Het internationale team dat de moleculen nu heeft gemaakt, deed zijn onderzoek bij een temperatuur die maar tien miljoenste van een graad boven het absolute nulpunt ligt, ruim honderd keer lager dan het team vier jaar geleden wist te bereiken.

Bij die extreem lage temperatuur van –273,15 graden Celsius staan de atomen bijna stil. Door met een laser op de wolk van intens koud Helium te schieten, bereikten de onderzoekers fotoassociatie. Daarbij treedt het elektromagnetische veld van een foton op als een soort veer tussen twee heliumatomen: ze vormen dan een molecuul van zo’n honderd tot duizend Ångström. Eén Ångström is 10–10 meter, de afmetingen van een waterstofatoom. Juist die enorme uitgestrektheid zorgt dat het metastabiele moleuul, dat eigenlijk uit twee tijdbommetjes bestaat, zo lang intact blijft. Als de atomen namelijk dichter bij elkaar zaten, zouden ze elkaar kunnen storen en in een hagelbui van energetische deeltjes terugvallen na de grondtoestand. Dat zou het einde zijn van het metastabiele molecuul. Na vijftig nanoseconden (1 nanoseconde is 10–9 seconde), een eeuwigheid voor zulke kleine deeltjes, zendt het molecuul het foton echter weer uit en zijn de metastabiele atomen weer vrij.

Tot hun grote verrassing ontdekten de onderzoekers dat de beide atomen tijdens het uit elkaar vallen van het molecuul een heel klein beetje kinetische energie winnen. Voor het experiment is dit een groot voordeel. Deze extra energie wordt namelijk omgezet in extra thermische energie in de wolk heliumatomen. De temperatuur van de wolk gaat omhoog en dat is een duidelijk te meten signaal dat fotoassociatie plaatsvindt.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 augustus 2003

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.