ULTRAKOUDE ATOMEN MOGELIJK VOORBODE VAN ATOOMMICROSCOOP

Duitse natuurkundigen zijn er in geslaagd een bundel atomen afkomstig uit een atoomlaser als een lichtbundel te laten reflecteren en zelfs te focusseren. Daarmee is de verwezenlijking van een atoommicroscoop een belangrijke stap dichterbij gekomen (Physical Review Letters, 16 juli).

De basis voor de atoomlaser wordt gevormd door een Bose-Einstein condensaat (BEC), een exotische vorm van materie, waarbij atomen zo sterk zijn afgekoeld dat ze zich als één superatoom gedragen. Om die toestand te bereiken sloten Ted Hänsch en zijn collega's van de universiteit van München rubidiumatomen op in een `magnetische val' om ze vervolgens met behulp van laserlicht af te koelen.

Toen het BEC zich eenmaal had gevormd, werd een deel van de atomen met behulp van radiogolven ongevoelig gemaakt voor het magneetveld. Daardoor konden ze ontsnappen. Tijdens hun val naar beneden bewegen ze volkomen synchroon, net als de fotonen (lichtdeeltjes) in een gewone laser. Na een zekere afstand te hebben afgelegd werden de atomen in de bundel met behulp van laserlicht weer onder invloed gebracht van het magneetveld: ze remden af en keerden terug naar de magnetische val, alsof ze door een spiegel waren teruggekaatst.

Op deze wijze kon de atoombundel een aantal keren weerkaatst worden, waarbij deze door de specifieke vorm van het gebruikte magneetveld zelfs werd gefocusseerd. Dat is een essentiële voorwaarde voor de verwezenlijking van een atoommicroscoop.

Net als elektronen zijn atomen gebonden aan de weten van de quantummechanica. Dat betekent onder meer dat ze zich als een deeltje èn als een golf kunnen gedragen. De korte golflengte van snel bewegende elektronen maakt ze bij uitstek geschikt om afbeeldingen mee te maken, bijvoorbeeld in een elektronenmicroscoop.

Atomen zijn veel zwaarder dan elektronen en hebben daardoor een veel kortere golflengte. In principe zou je er dus nóg kleiner mee kunnen kijken. Bovendien zijn atomen veel minder schadelijk voor tere biologische moleculen dan elektronen. Tot voor kort was het echter onmogelijk atomen met behulp van lenzen of spiegels onder controle te brengen en te focusseren.

De technieken die de onderzoekers nu daarvoor hebben ontwikkeld, zijn in principe algemeen toepasbaar. Dat kan ook op andere terreinen een grote stap voorwaarts betekenen. Atoombundels worden namelijk ook gebruikt om atomaire structuren als het ware van de grond af op te bouwen, bijvoorbeeld in de halfgeleiderindustrie. Met een scherpere atoombundel uit een atoomlaser moet dat straks allemaal veel nauwkeuriger kunnen gebeuren.