Je leest:

Protondans in molecuul gefilmd

Protondans in molecuul gefilmd

Auteur: | 6 maart 2006

De allersnelste bewegingen in een molecuul hebben ze blootgelegd; natuurkundige Sarah Baker en haar collega’s kunnen rondrazende protonen in moleculen waterstof en methaan volgen met lichtflitsen van een triljoenste seconde. Het Brits-Duitse onderzoek werd gepubliceerd in het blad Science.

Aan het Londense Imperial College filmt Sarah Baker protonen, geladen deeltjes uit atoomkernen. Met lichtflitsen van een attoseconde, een miljardste miljardste of 10-18 seconde, wisten Baker en haar team de bewegende protonen in beeld te krijgen. Als moleculen atomen uitwisselen, zijn het de lichte protonen die het snelst bewegen en daardoor het moeilijkst zijn te volgen.

Sarah Baker en Charles Haworth meten de beweging van protonen in triljardste secondes. bron: Imperial College London.

Waterstof (symbool H), het meest voorkomende materiaal in het heelal, is niets anders dan één los proton waar een elektron om draait. Chemici komen ze overal tegen: aan elkaar gebonden in waterstofgas (H2) of aan een koolstofatoom geplakt in methaan (CH4). Omdat waterstofatomen zo licht zijn kunnen ze enorm snel bewegen – bij reacties met methaan of waterstofgas is hun oversteek van het ene naar het andere molecuul binnen 100 attoseconde achter de rug. Hoe kort dat is, honderd keer een triljardste seconde? “Als je de 650 miljoen kilometer van hier naar Jupiter in één seconde af kon leggen, kom je in een attoseconde ongeveer een haardikte van je startpunt”, schat Baker’s co-auteur dr. John Tisch.

Terugvallende elektronen

Baker en haar team volgen de beweging van protonen op een indirecte manier. Eerst vuren ze een ultrakorte laserpuls op een reagerend molecuul. Een elektron in het molecuul neemt de laserenergie op en komt korte tijd los van zijn atoomkern; bijna onmiddellijk raakt hij weer gevangen en zendt zijn energie uit als een röntgenflitsje. In die flits zit informatie verborgen over de toestand van het molecuul en dus over de beweging van de protonen erin.

De laseropstelling van Baker en haar team. bron: C. Apsee.

Wie de protonbeweging in kaart kan brengen, leert daarvan hoe chemische reacties op detailniveau verlopen. Volgens co-auteur Jon Marangos van het Science-artikel is dat weer een opstapje naar directe beheersing van moleculen. “Allerlei toekomstige technologieën worden dan mogelijk”, voorspelt de hoogleraar kwantumoptica aan het Imperial College: “Denk maar aan controle van chemische reacties, kwantumcomputers bouwen en nanomaterialen samenstellen”.

“We zijn heel enthousiast over dit resultaat”, vertelt Baker: “Niet alleen hebben we een snellere beweging gezien dan ooit mogelijk was, maar ook nog eens op een heel simpele manier gedaan. Wetenschappers over de hele wereld kunnen die methode toepassen in hun eigen onderzoek.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 maart 2006

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.