NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/metingen-aan-fundamentele-trillingen-in-moleculen-nr-125/

Geprint op :
17 december 2018
19:48:45

In de jaren twintig van de vorige eeuw ontwikkelden natuurkundigen de quantummechanica om spectroscopische metingen aan atomen en moleculen te verklaren. Het doel van dit FOM-programma, uitgevoerd aan de Vrije Universiteit Amsterdam en het Kernfysisch Versneller Instituut te Groningen, is om die metingen steeds verder te verfijnen. Zo kunnen de onderzoekers bestaande natuurkundige theorieën testen.

Dit jaar bepaalden de onderzoekers met behulp van lasers de trillingsfrequentie van een waterstofmolecuul. Zij gebruikten daartoe een titaansaffierlaser, die relatief lange infrarode lichtpulsen (van dertig miljardsten van een seconde) produceert. Met kristallen zetten de onderzoekers dit infrarode laserlicht om in ultraviolet licht. Daarmee beschenen zij het waterstofmolecuul.

Theorie en experiment
De onderzoekers bepaalden vervolgens de frequentie van de laser door deze te vergelijken met een tweede laser, een zogeheten frequentiekamlaser. Deze laser is gekoppeld aan een atoomklok. Op deze manier bepaalden de natuurkundigen dat de fundamentele trillingsfrequentie van het waterstofmolecuul 124748628(5) MHz is.

In samenwerking met Poolse groepen van de Universiteiten van Warschau en Poznan voerden de onderzoekers berekeningen uit om deze fundamentele trillingsbeweging ook theoretisch te bepalen. Daarmee hielden zij rekening met alle quantumfenomenen, relativistische correcties, en interactie met het vacuüm. Zij vonden exacte overeenstemming (binnen de meetfout) tussen experiment en theorie.

Vijfde natuurkracht
De metingen geven daarom ook uitsluitsel over de zoektocht naar een nieuwe natuurkracht. Momenteel kent het standaardmodel van de natuurkunde vier natuurkrachten. Alleen de elektromagnetische wisselwerking speelt een rol in het waterstofatoom – de andere drie krachten leveren een verwaarloosbare bijdrage. Gezien bij deze metingen theorie en experiment zo goed overeenkomen, lijkt het erop dat er geen vijfde kracht is die een rol speelt. De onderzoekers kunnen zo een afschatting maken van een hypothetische bijdrage die een mogelijke vijfde kracht zou leveren tussen hadronen (kerndeeltjes) op afstanden van één ångström (een tienmiljardste van een meter). 

Valorisatie
De speciale titaansaffierlaser die werd gebouwd voor deze fundamenteel fysische meting heeft ook mogelijke toepassingen in geheel andere gebieden. Het apparaat kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor metingen aan de atmosfeer. Het concept van de laser is in een wereldwijde licentieovereenkomst vergeven aan de Duitse firma Radiant Dyes GmbH.