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

Neutrino-experiment ProtoDune ziet eerste deeltjessporen

Neutrino-experiment ProtoDune ziet eerste deeltjessporen

ProtoDune, een kubus gevuld met 565 kubieke meter vloeibaar argon die het prototype vormt voor een toekomstige reuzendetector voor neutrino’s in de VS, heeft zojuist op Cern in Genève zijn eerste deeltjessporen…

Ruud Koornstra op de WoTS: “De energietransitie gaat ons geld opleveren”

Ruud Koornstra op de WoTS: “De energietransitie gaat ons geld opleveren”

Meteen op de eerste dag van de vakbeurs World of Technology and Science (2 t/m 5 oktober in de Jaarbeurs in Utrecht), om 10 uur ’s morgens, spreekt nationale energiecommissaris Ruud Koornstra over de kansen van een…

IJzerpoeder: schone, alternatieve brandstof voor industrie die van het gas af moet

IJzerpoeder: schone, alternatieve brandstof voor industrie die van het gas af moet (video)

Studenten van de TU Eindhoven werken aan een duurzame technologie die een oplossing kan zijn voor industriële gasgebruikers: ijzerverbranding. IJzerpoeder is namelijk een prima brandstof, zonder CO2-uitstoot, met…

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

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

13 september 2018, Utrecht

Leiderschapsontwikkeling voor ingenieurs

Voor een succesvolle carrière in de techniek is het steeds belangrijker dat je, naast actuele kennis van...

18 september 2018, Breda

SIL & PL Specialist, machine safety met TÜV persoonscertificaat

Dé 6-daagse opleiding over functionele veiligheid! In deze praktijkgerichte training leren cursisten...

19 september 2018, Eindhoven

Data-analyse en toegepaste statistiek

Data is overal. De kunst is om daaruit belangrijke verbanden en trends te halen.

Meer agendapunten »