QED
Energieniveaus van atomen en moleculen kunnen met grote nauwkeurigheid berekend worden door de zogenaamde Schrödingervergelijking op te lossen. Deze vergelijking beschrijft heel nauwkeurig hoe twee protonen en twee elektronen in een waterstofmolecuul bewegen. Vanuit het 'vacuüm' ontspringen echter voortdurend spookdeeltjes; deeltjes die niet direct meetbaar zijn maar waarvan het bestaan wel aangetoond kan worden. De spookdeeltjes waar het hier om gaat zijn elektron-positron paren en virtuele fotonen. Alle elektronen weten zich voortdurend omringd door dergelijke spookdeeltjes. Ze hebben een miniem effect op de energietoestanden. De uiterst geringe effecten kunnen berekend worden met de theorie van de Quantum Elektro Dynamica (QED); de geavanceerde berekeningen zijn onlangs uitgevoerd door prof. Pachucki en zijn collega-onderzoekers aan de Universiteit van Warschau. In het nu gepubliceerde artikel worden de energieën van een serie toestanden met een oplopend 'tolgetal' met uiterste nauwkeurigheid gemeten en vergeleken met deze berekeningen. Daaruit blijkt dat de effecten van de spookdeeltjes ook in waterstof echt bestaan en zowel berekend als gemeten kunnen worden. Daarmee is aangetoond dat ze een rol spelen bij de chemische binding van moleculen.
Snel tollende waterstofmoleculen
Waterstofmoleculen worden in het experiment geprepareerd in 'hoge tol toestanden' door waterstofbromidemoleculen met een UV-laser te beschieten. Deze moleculen vallen dan uiteen, waarbij een waterstofatoom met hoge snelheid ontsnapt. Dat atoom botst dan tegen een volgend waterstofbromidemolecuul en in die chemische reactie ontstaat dan een snel tollend waterstofmolecuul. De energieniveaus van die tollende moleculen worden dan weer met een laser heel nauwkeurig gemeten.
Testen van theorieën met hoge precisie
Het is voor het eerst dat deze fenomenen van spookdeeltjes in moleculen kunnen worden waargenomen, waarmee is aangetoond dat ze chemische binding in moleculen beïnvloeden. In het LaserLaB van de VU is onlangs het nieuwe FOM-programma 'Broken mirrors and drifting constants - Ultra-precise investigations of fundamental symmetries and constants at the atomic scale' gestart dat erop gericht is de grenzen van de QED- theorie te testen en te verkennen of er wellicht effecten kunnen worden waargenomen van nog onbekende spookdeeltjes.
Bron:
FOM
Wetenschappelijke publicatie:
E. J. Salumbides, G. D. Dickenson, T. I. Ivanov, and W. Ubachs: QED Effects in Molecules: Test on Rotational Quantum States of H2
Afbeelding onder: Laseropstelling
Deze speciale laseropstelling is in het LaserLaB van de VU gebouwd voor het verrichten van precisiemetingen. Alleen het zichtbare licht is te zien op de foto. In de opstelling worden de laserpulsen getransformeerd naar ultraviolet laserlicht bij een golflengte van 210 nanometer, waarmee het experiment wordt uitgevoerd. Dit is onzichtbaar voor het menselijk oog.
