Nijmeegse natuurkundigen verstevigen positie wereldtop
Snelheid van atomen geflitst: 3D-camera geeft extra dimensie aan gas
analyse
Nijmeegse natuurkundigen hebben een driedimensionale camera
geïntroduceerd waarmee ze gassen nog beter kunnen analyseren. Dit is
gebeurd in samenwerking met AMOLF, het FOM-instituut voor Atoom- en
Molecuul Fysica te Amsterdam. Met deze nieuwe techniek is het mogelijk
om moleculen in gassen te identificeren die ontstaan onder invloed van
licht. Deze nieuwe techniek lijkt bovendien veelbelovend voor medische
analyses. De Nijmeegse onderzoeksgroep Molecuul- en Laserfysica
verstevigt hiermee haar leidende positie in de wereld op het gebied
van fundamentele processen in moleculen.
De driedimensionale camera maakt het mogelijk de dynamica in gassen
onder invloed van licht te volgen door elke miljardste seconde een
beeld te maken. Doordat deze camera de volledige snelheid van een
atoom kan vastleggen, kunnen atomen met nog grotere betrouwbaar-heid
worden geïdentificeerd. De introductie van de 3D-camera betekent een
verdere verfijning van de Nijmeegse analysetechniek, die bekend staat
als `velocity map imaging'. Tot nog toe werd hierbij gebruik gemaakt
van een tweedimensionale camera. De driedimensionale camera voegt daar
letterlijk een dimensie aan toe, namelijk tijd.
Methode
Door een laserstraal te richten op een gas ontstaat er een interactie
tussen het licht en een gasmolecuul. Het lichtdeeltje komt in botsing
met een gasmolecuul dat vervolgens als gevolg van de botsing
uiteenvalt in atomen. Deze reactie kan worden gevolgd met de
3D-camera, die het proces in de tijd fotografeert. Doordat de snelheid
van elk atoom afhankelijk is van zijn massa, kan ook het molecuul zelf
worden geïdentificeerd.
Reactieve deeltjes
Een directe toepassing van de nieuwe Nijmeegse analysetechniek is het
analyseren van pro-cessen in de atmosfeer. Een voorbeeld is de
filtering van uv-straling door zuurstof en ozon. Onder invloed van de
hoogenergetische uv-straling ontstaan behalve de normale neutrale
zuurstofmoleculen, ook zeer reactieve bijproducten. Een daarvan is het
superoxide-anion, een negatief geladen zuurstofmolecuul dat licht
sterk kan absorberen. Dit in tegenstelling tot het normale
zuurstofmolecuul, dat licht slechts moeizaam absorbeert. Een ander
bijproduct is een zuurstofmolecuul met interne vibratie-energie. Dit
reactieve deeltje is verantwoordelijk voor de vorming van hydroxide in
de atmosfeer. Tot nog toe werd met dergelijke deeltjes geen reke-ning
gehouden bij het opstellen van atmosfeermodellen. Het is voor het
eerst dat het ontstaan van deze deeltjes zichtbaar kan worden gemaakt.
Medische wereld
De 3D-camera zorgt ervoor dat velocity map imaging nu ook haar weg kan
vinden als een algemeen toepasbare analysetechniek. Het lijkt
veelbelovend voor het analyseren van grotere moleculen in ons lichaam,
zoals eiwitten en vetten. De gangbare medische analyses tonen slechts
de aanwezigheid van moleculen aan. De Nijmeegse vinding identificeert
niet alleen de aanwezigheid van moleculen, maar ook de eigenschappen
ervan.
Wereldtop
`Nijmegen' behoort al enige jaren tot de wereldtop op het gebied van
het dynamische gedrag van gassen onder invloed van licht. Die positie
heeft de KUN verkregen dankzij de doorbraak van prof.dr. David Parker
in velocity map imaging, een techniek gebaseerd op laser detectie.
Parker heeft met zijn techniek de nauwkeurigheid van deze
analysemethode met maar liefst een factor twintig verbeterd. Parker is
dan ook de meest geciteerde fysicus in 2001 op het gebied van de
introductie van nieuwe technieken.
Met ingang van 1 januari jl. is dr. Wim van der Zande benoemd tot
hoogleraar in de Molecuul- en Laserfysica. Hij zal samenwerken met
Parker. Daarmee zal de KUN dit onderzoeksgebied nog verder versterken.
7-2-2003