RIJNHUIZEN BOUWT EERSTE OPSLAGRING VOOR MOLECULEN

Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica in Rijnhuizen hebben neutrale moleculen een tijdje op weten te sluiten door ze rondjes te laten lopen in een opslagring. Dat opent mogelijkheden om er onder gecontroleerde omstandigheden experimenten mee te doen (Nature, 10 mei).

Vorig jaar was dezelfde groep er onder leiding van Gerard Meijer al in geslaagd om ammoniakmoleculen sterk af te remmen. In een opslagring kunnen de eigenschappen en onderlinge wisselwerking van moleculen veel nauwkeuriger worden bestudeerd. Ook kan het verloop van chemische reacties worden gevolgd tussen moleculen die met lage snelheid tegen elkaar botsen. Theoretische berekeningen wijzen uit dat onder die omstandigheden allerlei exotische reacties mogelijk worden.

Voor geladen deeltjes, die gevoelig zijn voor magnetische velden, zijn opslagringen al meer dan vijftig jaar gemeengoed: ze vormen de basis van de Big Science experimenten zoals die bijvoorbeeld bij CERN in Genève worden uitgevoerd, waarin natuurkundigen op zoek gaan naar de bouwstenen van de materie. Ongeladen moleculen zijn veel moeilijker in het gareel te houden. Ze laten zich moeilijk in magneetvelden vangen en kunnen niet met licht worden afgeremd, wat bij atomen wel mogelijk is. In sommige moleculen is de verdeling van de elektronen echter niet helemaal symmetrisch, en krijgt de ene kant een kleine positieve en de andere een even grote negatieve lading. Dat maakt dit soort dipolaire moleculen, waaronder water en ammoniak, gevoelig voor de inwerking van een elektrisch veld.

De opslagring bestaat uit zes cirkelvormige elektrodes met een diameter van vijfentwintig centimeter. De hoogspanning die daarover wordt aangelegd zorgt voor een elektrisch veld dat een naar het midden gerichte kracht uitoefent op de moleculen. Voor ze ring binnen komen worden ze afgeremd tot een snelheid van zo'n honderd meter per seconde. Moleculen die te snel bewegen vliegen uit de bocht, terwijl moleculen met een te lage snelheid te sterk afgebogen worden door het aangelegde elektrisch veld en aan de binnenkant de ring uit worden getrokken.

De onderzoekers wisten pakketjes van ongeveer een miljoen moleculen maximaal zes rondjes te laten afleggen. Daarna waren ze zo uitgespreid dat ze niet meer goed te detecteren waren. Het is mogelijk deze spreiding gedeeltelijk te corrigeren, maar daarvoor moet de ring worden opgebouwd uit losse stukken. Dat biedt tevens de mogelijkheid de moleculen in de ring verder af te koelen en hun spectra met grote gevoeligheid te detecteren.