EO

Ultraprecieze lasermetingen aan waterstofmoleculen

13 juli 2018 om 11:48 uur

Het VU LaserLaB deed ultraprecieze lasermetingen aan waterstofmoleculen. Dit heeft geleid tot vier artikelen in het prestigieuze tijdschrift Physical Review Letters in de eerste helft van 2018.


Promovendi en postdocs van het VU-LaserLaB-team hebben - onder leiding van senior wetenschappers Wim Ubachs, Kjeld Eikema, Edcel Salumbides en Rick Bethlem - de metingen verricht aan waterstofmoleculen met de unieke, geavanceerde laserinfrastructuur (met frequentie-kam-lasers en atoomklokken) die in het afgelopen decennium zijn ontwikkeld binnen het LaserLaB.

Waterstof als testsysteem
Het waterstofmolecuul (H2) is het kleinste moleculaire quantumdeeltje. Sinds de beginperiode van de kwantumfysica, nu bijna een eeuw geleden, vormde dit molecuul een testsysteem om kwantumtheorieën te ijken aan steeds nauwkeuriger metingen. Tegenwoordig is dat de theorie van de kwantumelektrodynamica (QED), die naast kwantumfysica ook relativistische effecten en de wisselwerking met spookdeeltjes uit het vacuüm meeneemt.

Met ultraprecieze metingen van optische absorptie worden dergelijke QED-modelbeschrijvingen getest en geverifieerd. Maar tegelijkertijd kan via lasermetingen gezocht worden naar nieuwe fysica. Bestaan er naast de vier bekende krachten (elektromagnetisme, zwaartekracht, de sterke kernkracht en de zwakke kracht van radioactiviteit) nog andere, nog niet waargenomen krachten? En bestaan er naast de 3+1 bekende ruimte-tijd-dimensies, die we kennen uit de relativiteitstheorie, nog extra dimensies?

Dit soort metingen leren ons bijvoorbeeld dat als de 10+1 dimensionele wereld van de M-string theorie echt bestaat, dan moeten de zeven extra dimensies zijn opgerold binnen een afmeting van een micrometer, zo schreven de LaserLaB-wetenschappers in een eerdere publicatie. De nieuwe metingen bevestigen en versterken deze theorie. Verder zijn de metingen aan waterstof erop gericht ons iets te leren over de straal van het proton.

Vier artikelen in Physical Review Letters
Promovendi Robert Altmann and Laura Dreissen hebben een experiment uitgevoerd waarin de pulsen van een frequentiekamlaser (zie foto) worden gecontroleerd tot attoseconde (10-18 s) nauwkeurigheid. Deze laser werd gebruikt om de tijdsevolutie van de quantumgolffunctie van een H2-molecuul in aangeslagen toestand te volgen. Met deze nieuwe en ingenieuze methode werd de energie van een elektronisch aangeslagen toestand van het H2-molecuul 100 keer beter gemeten dan tevoren.

Promovendus Frank Cozijn, met hulp van Patrick Dupre van de Université Littoral (Dunkerque), verrichtte een ultraprecieze meting aan het HD-moleculaire isotoop, waarin een van de protonen is vervangen door een deuteriumkern. Door het laserlicht te koppelen in een optische resonator werd de intensiteit zodanig versterkt dat de optische overgang werd ‘verzadigd' - zo kon voor het eerst een absorptielijn in waterstof worden gemeten zonder Dopplereffect. Dit geeft een relatieve nauwkeurigheid van 10-10 bij de bepaling van de vibratie-energie van dit molecuul.

Promovendus Madhu Trivikram, in samenwerking met Magnus Schloesser van het tritiumlaboratorium van het Karlsruhe Institute of Technology, breidde de studies aan waterstof uit tot zwaardere isotopen en verrichtte voor het eerst een laser-precisie-studie aan het radioactieve tritium molecuul (T2). Vibratie-energieën van T2 werden gemeten met laser-Raman-spectroscopie.

Postdoc Cunfeng Cheng en promovendus Joël Hussels verrichtten metingen met een speciaal gebouwde laser met gecontroleerde pulsen van 50 nanoseconde tijdsduur. Deze pulsen werden geconverteerd naar golflengtes van 179 nm in het vacuüm ultraviolet met een speciaal KBBF-kristal, verkregen via de University of Science and Technology China (Hefei). De combinatie van de meetresultaten van de VU met die van een team van de ETH Zurich leidt tot een bepaling van de dissociatie-energy van het H2-molecuul met een nauwkeurigheid van 10-9 (een miljardste) veruit de meest nauwkeurige bepaling van een chemische bindingsenergie. De nauwkeurigheid van deze meting vormt een ultieme uitdaging voor QED-theorie; kleine afwijkingen duiden mogelijk op nieuwe fysische fenomenen zoals boven beschreven. 

opOpstelling van de frequentiekamlaser

 

Gerelateerd nieuws

Onzichtbaar voor de radar

Onzichtbaar voor de radar

Onderzoekers hebben een manier gevonden dingen onzichtbaar te maken voor radar. Ze vangen de geluidsgolven op en zetten ze door.

Team Delft wint Design Award Shell Eco-marathon

Team Delft wint Design Award Shell Eco-marathon

Het Eco-Runner Team Delft van TU Delft heeft met zijn zelfontwikkelde voertuig tijdens Shell Eco-marathon in Londen de derde plek weten te bemachtigen in de categorie Prototype. Het hyperzuinige, op waterstof rijdende…

Hoofdlijnen Klimaatakkoord gepresenteerd

Klimaatakkoord: industrie gaat CO2 ondergronds opslaan

De industrie moet inzetten op efficiëntere processen en efficiënt gebruik van warmte. Schone stroom vervangt op termijn fossiele brandstof en grondstoffen worden hergebruikt of vervangen door duurzame grondstoffen.…

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Product van de maand

RSS
Nieuw IoT bord met software en TFT

Het nieuwe Arrow Aris Edge S3 bord maakt de ontwikkeling van batterijgevoede IoT-applicaties met een klein TFT-scherm...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

1 juni 2018, Arnhem

State of Fashion: Searching for the New Luxury

Tentoonstelling over mode, met aandacht voor technologie en snufjes

27 augustus 2018, Amsterdam

EMC Europe

Internationaal symposium over EMC.

Meer agendapunten »