Hoe bekijk je botsende moleculen bij extreem lage temperaturen?

Bas van de Meerakker, hoogleraar Spectroscopy of Cold Molecules aan de Radboud Universiteit, heeft een NWO Open Competitie Domein Wetenschap-M subsidie ontvangen voor de ontwikkeling van nieuwe methoden om botsende moleculen te bestuderen bij extreem lage temperaturen.

Bij extreem lage temperaturen gaan de wetten van de kwantummechanica gelden, die zeggen dat materie zich gaat gedragen als golven in plaats van als deeltjes. De onderzoekers gaan methoden ontwikkelen waarmee moleculen bij extreem lage temperaturen van 10 mK met elkaar botsen. Bij zulke lage temperaturen nemen de mogelijkheden van de moleculen om te bewegen af, waardoor de onderzoekers direct kunnen zien wat er gebeurt en de botsingen kunnen controleren. De botsingen tussen moleculen – met name tussen dipolaire moleculen als NO en ND₃ – kunnen leiden tot bizarre verschijnselen die theoretisch wel voorspeld zijn, maar nog nooit experimenteel waargenomen. 

Dipool-dipoolinteracties

Het onderzoeksteam is vooral geïnteresseerd in dipool-dipoolinteracties, omdat deze het mogelijk maken om botsingen tussen moleculen te manipuleren met behulp van externe elektromagnetische velden. Door zorgvuldig de snelheid en kwantumtoestanden van NO en ND₃ moleculen te controleren en hun bewegingen te combineren in een nieuwe configuratie, kunnen de onderzoekers de verstrooiingsmechanismen met ongekende precisie onderzoeken. Daarnaast bestuderen ze hoe externe elektrische velden van invloed zijn op de uitkomst van de moleculaire botsingen.  De onderzoekers gaan deze effecten zichtbaar maken met bijzondere laser detectie en imaging methoden.

De resultaten van dit onderzoek kunnen niet alleen helpen bij het begrijpen van natuurlijke processen, maar ook bij het actief beïnvloeden ervan. Hiermee hopen de onderzoekers diepgaand inzicht te krijgen in hoe ultrakoude dipolaire moleculen zich gedragen.