Boeken

Thursday, December 23, 2010

Xenonatomen maken met laserlicht een hologram van zichzelf

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad van zaterdag 18 december 2010

                              Hologram van een xenon-atoom, gemeten met de FELICE-laser 
                              van het FOM-instituut voor plasmafysica Rijnhuizen
                                                                      Credit: Stichting FOM


Op elk eurobankbiljet zit een zilverkleurig hologram. In het licht toont het een ruimtelijke afbeelding in regenboogkleuren, want licht maakt de kleurige informatie zichtbaar die in het hologram ligt opgeslagen. Natuurkundigen van de instituten AMOLF en Rijnhuizen (Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie) hebben nu voor het eerst atomen een hologram van zichzelf laten maken (Science, 16 december). 

Promovenda en eerste auteur Ymkje Huismans bescheen atomen van het edelgas xenon met infraroodlicht van de FELICE-laser in Rijnhuizen. Dat laserlicht trok het buitenste elektron weg uit zo’n atoom, zodat een ion (het atoom minus één elektron) achterbleef. Vervolgens stuurde de laser het elektron vanaf grote afstand weer terug in de richting van het achtergebleven ion.

Hierbij kon het elektron twee paden volgen: een wijde boog rond het ion, of terug ernaartoe, maar zonder dat het weer bij het ion ging horen – het reisde er als het ware doorheen. Omdat elektronen naast een deeltjeskarakter ook een golfkarakter hebben, hoort bij elk elektron een golffunctie. In die golffunctie slaan de elektronen informatie op over hun wisselwerking met het ion.

In het experiment gebeurde dit met veel xenonatomen. Er ontstonden twee elektronenbundels, die elk een ander pad hadden doorlopen. Huismans liet die op een detector vallen. Deze mat het interferentiepatroon van de twee elektronenbundels, ofwel de manier waarop het golfkarakter van deze bundels elkaar versterkten en uitdoofden. Het interferentiepatroon bleek precies een hologram: een driedimensionale afbeelding van een xenon-ion. De xenonatomen creëerden dus met hun eigen elektronen een hologram van zichzelf.

Onverwacht bleek dit hologram ook tijdsinformatie te bevatten over de stappen waarin het ionisatieproces verloopt. En dat is informatie op de ultrakorte tijdschaal van attoseconden (10^-18 seconde), precies de tijdschaal waarop elektronen tijdens chemische reacties bewegen.

Dat betekent dat de nieuwe holografische techniek een aanvulling kan vormen op bestaande technieken voor het bestuderen van chemische reacties. De techniek is bij uitstek geschikt voor onderzoek aan moleculen waarin de buitenste elektronen niet zo sterk gebonden zijn.