In de ruimte waar Versolato zijn experiment uitvoert staat een hele rij ijzeren bollen, zo groot als voetballen, achter elkaar. De bollen doen denken aan ruimtecapsules. Ze zijn met elkaar verbonden door honderden verschillende draadjes in tientallen kleuren. In deze bollen proberen Versolato en zijn collega’s radiumionen te vangen – geladen deeltjes met minder elektronen dan normale, neutrale atomen.

Het klinkt allemaal heel interessant, maar wat hebben we hieraan? “Met behulp van het radiumion zou de atoomklok duizend maal preciezer kunnen worden. Aangezien de lasers die ik gebruik klein en goedkoop zijn, zou dit ook aan boord van een ruimteschip toegepast kunnen worden”, legt Versolato uit.

Oscar Versolato.

Rijksuniversiteit Groningen

De deeltjesversneller van het Kernfysisch Versneller Instituut (KVI) in Groningen versnelt loodatomen en schiet deze door een folie van koolstof. De kernen van de loodatomen ondergaan hierbij een kernreactie met de koolstof waardoor allerlei ionen ontstaan. In de hal naast de deeltjesversneller staan grote magneten die uit de ionenbundel de radiumionen filteren die Versolato gebruikt voor zijn experiment. Nog een hal verder staat de ionenval die de ionen vangt en koelt met behulp van een buffergas. Als laatste vuurt Versolato zijn vier lasers af op de gevangen ionen om verschillende eigenschappen te meten.

De onderzoeksgroep waartoe Versolato behoort krijgt een week per maand de deeltjesversneller tot zijn beschikking. Dan hangt het nog maar van de planning af of het experiment van Versolato ‘de bundel’ krijgt. De deeltjesversneller loopt 24 uur per dag en 7 dagen in de week. Versolato was tijdens de laatste bundelperiode dan ook 24 uur per dag te vinden op KVI te vinden. “Ik slaap dan op een van de bedjes achter de controleruimte en ’s avonds laten we pizza’s bezorgen”, vertelt hij lachend.

De deeltjesversneller in Groningen.

Rob Timmermans

Het radiumion biedt naast de verbetering van de atoomklok nog meer mogelijkheden, zoals de verbetering van het Standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit model is een belangrijke theorie dat alle deeltjes en krachten die alle materie vormen beschrijft. Wetenschappers zijn wereldwijd al tientallen jaren bezig om dit model te verbeteren. Want het model kan heel veel verklaren, maar nog lang niet alles.

Het Standaardmodel van de deeltjesfysica kan wel verschillende eigenschappen van het radiumion zeer precies voorspellen. De getallen die Versolato’s lasers geven zouden moeten overeenkomen met de getallen die het Standaardmodel berekent, anders klopt er iets niet. “We hopen juist dat de door ons gevonden getallen niet overeenkomen met die van het Standaardmodel. Dat zou er namelijk op kunnen wijzen dat we een nieuw deeltje ontdekt hebben. Dit zou kunnen bijdragen aan de verdere perfectionering van het Standaardmodel”, verklaart Versolato.

De getallen waar Versolato en zijn collega’s naar op zoek zijn, zijn de eigenschappen van een enkel radiumion. “We hebben nu een wolkje radiumionen gevangen. De volgende stap is nu om uit dit wolkje een enkel ion te vangen en dit enkele ion met de lasers te bemeten.” In de ruimte waar Versolato zijn experimenten uitvoert zijn technici dan ook druk bezig met het bouwen van een tweede ionenval die aan het eind van de installatie komt te staan. In deze bol hoopt Versolato zijn enkele radiumion te vangen.

Met een elektrisch veld houdt Versolato zijn ion dan zo stil mogelijk precies in het midden van zijn ionenval. Op die manier raken zijn lasers precies het ion en schieten ze er niet langs. “Helemaal stil zullen we de ionen nooit krijgen, maar in de ionenval die we nu aan het bouwen zijn, kunnen we de ionen heel erg koud maken. Véél kouder nog dan het heelal”, legt Versolato uit.

In de tijd dat de deeltjesversneller door anderen in gebruik is, werkt Versolato met bariumionen. Op deze manier probeert het team alles al te testen en te perfectioneren, zodat de kostbare bundeltijd niet verloren gaat. “Niets is namelijk zo frustrerend als uren prutsen tijdens de tijd dat de deeltjesversneller voor ons is”, aldus Versolato.

De ionenval waarin Versolato zijn wolkje radiumionen heeft gevangen.

Oscar Versolato

Het afgelopen jaar heeft vooral de deeltjesversneller van CERN in Zwitserland en de zoektocht naar het Higgs-deeltje dat daar plaatsvindt veel media-aandacht gekregen. De deeltjesversneller in Groningen kan niet zoveel energie produceren als die in Zwitserland. Met behulp van de ionenval van Versolato en zijn collega’s kan er wel met een veel grotere gevoeligheid gekeken worden naar de deeltjes.

Versolato: “In CERN kunnen ze slechts terugredeneren welke deeltjes er ontstaan zijn, terwijl wij hier de deeltjes ook echt kunnen vangen en onderzoeken in die paar seconden voordat het deeltje vervalt.” Daar komt nog bij dat de deeltjesversneller in Groningen gewoon werkt terwijl die van CERN ruim een jaar stil lag.