Boeken

Saturday, March 28, 2009

Eindelijk gemaakt: een atoom als een miniatuurzonnestelsel

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 28 maart 2009

Een icoon uit alle middelbareschoolboeken over natuurkunde: elektronen cirkelen rond de atoomkern zoals planeten rond de zon. Alleen klopt dit intuïtief aantrekkelijke beeld niet, zoals de wetten van de kwantummechanica bijna een eeuw geleden al lieten zien. Elektronen hebben naast een deeltjeskarakter ook een golfkarakter. Dat maakt dat elk elektron als een vage wolk rond de kern spookt. Weg icoon. Toch hebben drie natuurkundigen van de Universiteit van Virginia (VS) voor het eerst een atoom gecreëerd waarin een elektron wel strakke baantjes rond de kern blijft trekken (Physical Review Letters, 13 maart).

Ze gebruikten microgolfstraling in een lithiumatoom om een bekend fenomeen uit de sterrenkunde op atomaire schaal uit te buiten. Lang voor de ontdekking van de kwantummechanica was in de sterrenkunde al bekend dat er in het gecombineerde zwaartekrachtveld van de zon en de aarde vijf bijzondere punten bestaan: Lagrangepunten. Als een kleine satelliet zich in een van deze punten bevindt, dan beweegt hij in een vaste relatieve positie ten opzichte van de zon en de aarde. In 1994 werd aangetoond dat zulke stabiele punten ook in een atoom gemaakt kunnen worden, door het gebruik van microgolfstraling in een aangeslagen atoom.

Vorig jaar liet een andere groep fysici al het buitenste elektron van een kaliumatoom enkele baantjes op een klassieke manier rond de kern trekken. Maar na een paar omwentelingen werd het gedrag toch weer kwantummechanisch. Nu is het voor het eerst gelukt om een elektron net zo lang op een klassieke manier rond de kern te laten draaien als gewenst. De Virginia-natuurkundigen gebruikten een lithiumatoom waarvan het buitenste elektron in een hoge aangeslagen toestand zit (Rydberg-toestand met kwantumgetal 72). Op een slimme manier zorgden ze ervoor dat de microgolfstraling de aantrekkende kracht tussen de positief geladen kern en het negatief geladen elektron opheft. Door de microgolfbron als het ware rond de kern te laten draaien, trok het elektron een klassieke baan rond de kern, zonder zich als een kwantumwolk uit te spreiden.

De onderzoekers willen dit fenomeen gebruiken om de overgang van een kwantummechanisch naar een klassiek mechanisch systeem verder te onderzoeken.