Tuinslang voor atomen voor nauwkeuriger gyroscoop

Natuurkundigen blijven de laatste tijd de wereld verbazen door materie met behulp van licht in het gareel te brengen. Fotonen mogen dan geen (rust-)massa hebben, als ze de juiste kleur hebben, kunnen ze door atomen worden opgeslokt en zo - in grote aantallen samenwerkend - toch een belangrijke invloed uitoefenen. Onlangs slaagden onderzoekers van het Joint Institute of Laboratory Astrophysics erin om atomen door een dun glazen buisje te transporteren (Physical Review Letters, 3 nov.).

Dat klinkt simpel, maar valt in de praktijk enorm tegen, omdat atomen na botsingen tegen de wand bijna altijd blijven plakken. De truc was nu om samen met de atomen een laserbundel mee te sturen, en wel zodanig dat de golflengte daarvan net iets onder de resonantiefrequentie van de atomen zit. De fotonen worden dan niet geabsorbeerd, kunnen de atomen dus ook niet aanslaan naar een hogere toestand, maar zijn wel degelijk in staat om de elektronen die zich om de atoomkern bewegen in trilling te brengen. Resultaat is dat de atomen als muggen naar het licht worden getrokken. Je hoeft er dan alleen nog maar voor te zorgen dat de intensiteit van het licht in het centrum van de buis het grootst is.

Het is wel belangrijk dat precies de juiste golflengte wordt gekozen: iets boven de resonantiefrequentie zouden de atomen juist van de laser worden weggeduwd. Hiermee is tegelijkertijd een prachtig selectiemechanisme ingebouwd, omdat maar één soort atomen in het algemeen bij de kleur van de laser zal passen. In het nu gepubliceerde experiment konden tienduizenden atomen per seconde door een vijf centimeter lang fibertje worden getransporteerd. Zodra het licht uitging, droogde ook de atoomstroom op.

De onderzoekers zien met name grote mogelijkheden op het gebied van de interferometrie. Wanneer een lichtbundel in tweeën wordt gesplitst, en de twee aparte bundels vervolgens weer worden gecombineerd, dan ontstaan er karakteristieke interferentiepatronen. Deze zijn afhankelijk van wat er precies met de beide lichtbundels is gebeurd.

In een gyroscoop wordt dit principe gebruikt om rotatie te meten. Snel bewegende atomen hebben een veel kleinere golflengte dan licht en zouden dus in principe een veel nauwkeuriger gyroscoop kunnen opleveren. Bovendien worden atomen beïnvloed door elektrische en magnetische velden, zodat ook de sterkte daarvan met grote gevoeligheid zou kunnen worden gemeten.

    • Rob van den Berg