Quantummechanisch golfkarakter bij molekulen aangetoond

Onderzoekers van het Laboratorium voor Laseronderzoek van de Universiteit Paris-Nord hebben met interferentieproeven aangetoond dat jodiummolekulen (I), net als elektronen of andere elementaire deeltjes, naast hun deeltjeskarakter ook een golfkarakter bezitten.

Het golf-deeltje dualisme deed in de natuurkunde zijn intrede met de (met een Nobelprijs beloonde) hypothese van Albert Einstein in 1905 dat licht niet louter een golfverschijnsel was, maar onder bepaalde omstandigheden (bijvoorbeeld bij het foto-elektrisch effect) eerder gezien moest worden als een stroom deeltjes of 'fotonen'.

In het begin van de jaren twintig kwam Louis de Broglie met een gewaagde omkering: als lichtgolven zich als deeltjes kunnen gedragen, waarom zouden deeltjes zich dan niet als 'materiegolven' kunnen manifesteren? En inderdaad: zoals licht plus licht duisternis kon opleveren, bleken er bij reflectie van elektronenbundels aan kristallen posities te bestaan waar de materiegolven elkaar uitdoofden.

Het idee van De Broglie bleek een belangrijk opstapje naar de quantummechanica. Aardig is het te vermelden dat George Thomson voor het aantonen van het deeltjeskarakter van het elektron een Nobelprijs kreeg, terwijl zijn vader J.J. Thomson eerder zijn ontdekking van het elektron als deeltje ook al met die prijs beloond zag.

In een traditionele interferentie-opstelling met lichtgolven wordt een laserbundel op een scherm gericht met daarin twee evenwijdige spleten op nauwe afstand van elkaar. Achter het scherm ontstaat dan een patroon van lichte en donkere strepen. Het Parijse experiment met jodiummolekulen in plaats van fotonen werkt in principe hetzelfde, alleen worden de I-deeltjes niet door spleten gestuurd maar gaan ze een wisselwerking aan met vier laserbundels met zeer speciale frequenties. Het eerste laserpaar brengt de molekulen in een 'superpositie' (mengvorm) van twee quantumtoestanden, ook wel golfpakketjes genoemd. Het splitsen van het golfpakket vindt plaats vanwege de terugstoot die het jodiummolekuul bij botsing met een of meerdere fotonen oploopt, een soort resonantieverschijnsel. Een tweede paar lasers recombineert de golfpakketjes weer tot het oorspronkelijke deeltje.

Maar in de praktijk blijkt de verdeling van jodiummolekulen over de detector niet die van een stroom deeltjes te zijn, maar precies de versterkingen en uitdovingen op te leveren die van interferentie met golven bekend zijn. Niet eerder is het golfkarakter van dergelijk zware deeltjes aangetoond. (Physics Letters A, vol. 188, blz. 187).