Koude atomen dansen in elektrische val
Onderzoekers van het FOM-instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein en het Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlijn hebben ultrakoude rubidium atomen opgeslagen in een atoomval die puur van elektrische velden gebruik maakt. Een dergelijke val kan atomen, maar ook moleculen vangen. De vangst van atomen in deze val is een belangrijke stap op weg naar het gezamenlijk vangen en koelen van atomen en moleculen. Zo hopen de onderzoekers ook moleculen af te koelen tot de extreem lage temperatuur van lasergekoelde atomen. Met zulke koude moleculen is extreme precisie te bereiken in tijdmetingen en spectroscopie. De onderzoekers publiceren hun resultaten binnenkort in de gedrukte versie van Physical Review Letters. De online versie is inmiddels beschikbaar.
Het vangen van atomen en moleculen is van belang voor het bestuderen van de eigenschappen en interacties tussen deeltjes. Wetenschappers vangen deeltjes in een magnetische of elektrische val. Tot nu toe gebruikten ze magnetische vallen om vooral atomen te vangen. Veel atomen hebben namelijk wel een magnetisch dipoolmoment maar geen elektrisch dipoolmoment. Voor moleculen geldt het omgekeerde en deze zijn dan ook goed op te slaan in elektrische vallen. In zo'n elektrische val kunnen wetenschappers atomen in de allerlaagste energietoestand, de absolute grondtoestand, opslaan. Daardoor kan er bij botsingen tussen atomen en moleculen in een elektrische val geen energie vrijkomen. Bij botsingen in een magnetische val kan wel energie vrij komen, waardoor de temperatuur omhoog gaat.
Wisselend elektrisch veld
In dit experiment hebben de onderzoekers juist een elektrisch veld gebruikt om magnetische atomen te vangen. Het gebruikte elektrische veld is zo sterk, dat zelfs atomen zonder elektrisch dipoolmoment gepolariseerd worden en krachten ondervinden. De onderzoekers koelden de atomen eerst door middel van lasers tot een tienduizendste van een graad boven het absolute nulpunt. Ze hielden de atomen vast met een magnetisch veld. Daarna schakelden ze het magneetveld uit en legden ze een wisselend elektrisch veld aan. Dit veld drijft de atomen afwisselend in horizontale en verticale richting bijeen. Er bestaat geen configuratie van het elektrisch veld die atomen in alle richtingen tegelijk vasthoudt. Door in het juiste tempo te schakelen tussen verschillende veldconfiguraties zitten de atomen desondanks gevangen. Het juiste tempo van schakelen bleek extreem kritisch: voor deze elektrische val moet de schakelfrequentie tussen de 57 en 70 Herz liggen. Door de afwisseling van horizontaal en verticaal opsluitende velden dansen de atomen mee en verandert de vorm van de atoomwolk in elke cyclus van bolvormig tot langgerekt. Omdat rubidium atomen met laserlicht goed af te beelden zijn, levert de atoomwolk de eerste 'live' beelden van de ultrakoude dansbeweging van elektrisch gevangen deeltjes. In de volgende grote stap gaan de onderzoekers proberen atomen en moleculen tegelijkertijd, op dezelfde plaats te vangen. De huidige experimenten hebben aangetoond dat dit mogelijk is, ondanks de verschillende dipoolmomenten van atomen en moleculen.
Referentie: Trapping of Rb Atoms by ac Electric Fields
Sophie Schlunk, Adela Marian, Peter Geng, Allard P. Mosk, Gerard Meijer and Wieland Schollkopf, Phys. Rev. Lett. 98, 223002 (2007)http://link.aps.org/abstract/PRL/v98/e223002
Voor meer infomatie kunt u contact opnemen met dr. Allard Mosk, tegenwoordig werkzaam bij de Universiteit Twente, (053) 489 53 90 of (053) 489 53 92 of met prof.dr. Gerard Meijer, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlijn.