Vrije Universiteit Amsterdam
Persbericht
ONDER EMBARGO TOT WOENSDAG 24 JANUARI 2007, 19.00 UUR
Ultrakoude atomen onthullen hun golfkarakter
Helium-3 minder knus dan Helium-4
Metingen aan de dichtheidsverdeling van ultrakoude atomen laten zien dat helium-3-atomen de neiging hebben elkaar te vermijden, terwijl helium-4 atomen elkaars gezelschap juist opzoeken. Dit gedrag is het gevolg van het kwantummechanische golfkarakter van atomen bij deze extreem lage temperatuur. Deze bevindingen van een team natuurkundigen van het Laser Centrum van de Vrije Universiteit in Amsterdam (LCVU) worden op 25 januari aanstaande gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Met behulp van lasers vingen de onderzoekers wolkjes van twee isotopen van helium (Helium-3 en Helium-4) in een magneetveld, en koelden ze af tot een temperatuur van een miljoenste graad boven het absolute nulpunt (een microKelvin). Vervolgens werden de atomen losgelaten en vielen ze op een deeltjesdetector - die collega s van het Franse Institute d Optique in bruikleen hadden gegeven. Door de bijzondere plaatsgevoeligheid van deze detector kon de dichtheidsverdeling van het wolkje atomen op microscopische schaal zichtbaar worden gemaakt.
Deze dichtheidsverdeling blijkt af te wijken van het resultaat dat je verwacht als je atomen als harde bolletjes beschouwt; een beschrijving die prima voldoet voor atomen bij kamertemperatuur. Ultrakoude atomen gedragen zich echter meer als golven, die elkaar kunnen versterken of uitdoven. De beide soorten Helium kunnen beschreven worden als golven met tegengestelde symmetrie. In technische termen is Helium-4 een boson en Helium-3 een fermion .
De kans twee Helium-4 atomen op een afstand van minder dan een millimeter van elkaar aan te treffen is groter dan in het bolletjesmodel. Dit effect wordt bunching genoemd. Voor Helium-3 is deze kans juist kleiner ( antibunching ). Uit de nieuwe bevindingen, gepubliceerd in Nature, blijkt dat in Helium-3 de materiegolven elkaar uitdoven als ze te dicht bij elkaar in de buurt komen, terwijl de golven elkaar in Helium-4 versterken.
HBT-effect
Bunching van deeltjes wordt het Hanbury Brown-Twiss effect (HBT-effect) genoemd, naar de astronomen Hanbury Brown en Twiss die bunching voor het eerst in de jaren vijftig bij lichtdeeltjes konden waarnemen. Zij gebruikten de eigenschap van lichtdeeltjes om te bunchen om de schijnbare grootte van sterren te bepalen. Het onderzoek dat nu aan de Vrije Universiteit verricht is, vormt de eerste directe vergelijking van materiegolf-interferentie voor twee atomen van het zelfde element (Helium), maar met tegengestelde symmetrie.
Vrije Universiteit Amsterdam