Quantum-LEGO: ultrakoude moleculen bouwen

Dankzij internationaal onderzoek moet het binnenkort mogelijk zijn om voor het eerst een ultrakoud gas met een hoge dichtheid van rubidium-strontiummoleculen te maken.

ENGINEERINGNET.BE - Tot nu toe zijn er bij hoge dichtheid en extreem lage temperatuur alleen gassen gemaakt van moleculen die bestaan uit twee alkali-atomen: atomen die een enkel elektron beschikbaar hebben om chemische bindingen te vormen.

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben, samen met fysici van de Nicolaus Copernicus University in Polen en van Durham University in Groot-Brittannië, een stap gezet op weg naar het maken van een tweede type ultrakoude moleculen.

Er blijken Feshbach-resonanties te bestaan tussen het alkali-element rubidium en het aardalkali-element strontium, dat twee elektronen heeft waarmee het bindingen kan vormen. Deze resonanties zijn te gebruiken om ultrakoude rubidium-strontiummoleculen te maken – deeltjes met heel andere eigenschappen dan de ultrakoude moleculen die tot nu toe waren te maken.

Ultrakoude moleculen kunnen worden geprepareerd in heel precieze toestanden die zijn te gebruiken voor quantumgecontroleerde scheikunde: het uitvoeren van delicate chemische reacties waarbij onderzoekers volledige controle willen hebben over alle aspecten van de componenten van de reactie en de omstandigheden waarbij die plaatsvindt.

Ook zijn er toepassingen in de veeldeeltjesfysica van quantumdeeltjes. Als moleculen heel koud zijn, manifesteert hun ‘wazige’ quantumgedrag zich. Moleculen kunnen op verschillende plaatsen of in verschillende interne toestanden tegelijk zijn, en de posities en toestanden van verschillende moleculen kunnen op ingewikkelde wijze van elkaar afhangen.

Daardoor kunnen op quantumschaal nieuwe fenomenen ontstaan die zelfs op de beste supercomputers lastig of onmogelijk zijn door te rekenen. Door de interacties tussen de moleculen onderling of het potentiaal-landschap waar ze doorheen bewegen onder controle te houden, hopen natuurkundigen meer te leren over deze fenomenen.

Meer inzicht in het collectieve gedrag van grote aantallen quantumdeeltjes, of dat nu moleculen in een gas zijn of elektronen in een metaal, opent ook een deur naar het maken van materialen met ongekende eigenschappen. << (Lydia Heida) (foto: F. Schreck et al./UvA)

Engineeringnet.be