MINIVERSNELLER LAAT ATOMEN LANGZAAM RONDJES DRAAIEN

Amerikaanse onderzoekers hebben een miniatuur-deeltjesversneller gemaakt ter grootte van een euro. In de cirkelvormige versneller vliegen neutrale atomen van het element rubidium rond met een kalm wandelgangetje, rond de één meter per seconde.

`Nevatron', hebben de onderzoekers van het Georgia Institute of Technology de miniversneller gedoopt, geïnspireerd door een grotere verwant: de kilometers grote ringvormige deeltjesversneller Tevatron bij Chicago. Daarin razen geladen subatomaire deeltjes met bijna de lichtsnelheid rond, om op elkaar te botsen ten behoeve van onderzoek naar elementaire deeltjes.

Nevatron, beschreven in Physical Review Letters van 31 december, heeft een diameter van maar twee centimeter. De atomen worden vastgehouden tussen twee concentrische metalen ringetjes, waardoor een elektrische stroom loopt. Die wekt tussen de ringen een magnetisch veld op dat de atomen, zelf te beschouwen als minuscule magneetjes, in het gareel houdt. Ze kunnen alleen langs de ring bewegen. Althans, zolang de snelheid beperkt is, zodat ze niet uit de bocht vliegen. Dit alles gebeurt onder hoog vacuüm.

De versneller is te laden door een wolkje atomen via een verticale oprit van parallelle stroomdraden de ringbaan op te leiden. Het atomenwolkje, dat ongeveer een miljoen atomen bevat, heeft een temperatuur van enkele duizendsten graden boven het absolute nulpunt, -273 graden Celsius.

Het wolkje is afkomstig uit een magneto-optische val: een kruisvuur van zorgvuldig afgestemde lasers in een magneetveld, waarin wolken atomen vastgehouden kunnen worden. Wanneer de val uitgeschakeld wordt, vallen de atomen de oprit op. In vier seconden vrije val bereiken ze een snelheid van 85 centimeter per seconde, die ze in de ringbaan volhouden.

Eenmaal in de ring is het wolkje met een gevoelige camera te volgen door het met een laser te beschijnen, waardoor de atomen zwak oplichten.

In één geval maakte een atoomwolkje zeven ommegangen rond de ringbaan, in ruim een halve seconde. Het wolkje spreidt iedere rondgang verder uit, en verspreidt zichzelf tenslotte in het omringende vacuüm. De onderzoekers hopen de leeftijd van de vliegende wolkjes nog op te voeren. Het is ze ook gelukt om na een eerste wolkje tegelijkertijd een tweede in omloop te brengen.

Het Amerikaanse onderzoek is een stapje verder in de minitiaturisatie. Eerder slaagde de onderzoeksgroep van prof.dr. Gerard Meijer van het FOM-instituut voor plasmafysica Rijnhuizen erin ammoniakmoleculen met behulp van elektrische velden vast te houden in een ring van 80 centimeter diameter.

Een ringvormige atoomopslag zou mogelijk gebruikt kunnen worden om krachtige atomaire lasers te bouwen. Zo'n laser, in 1997 voor het eerst vertoont, brengt in plaats van licht een smalle, intense, bundel van atomen met exact dezelfde eigenschappen voort. Natuurkundigen hopen dat daar atomaire optica uit voort kan komen, waarin atoombundels zich net zo gedragen als licht, met als mogelijke toepassing zeer gevoelige afstandsmetingen en krachtige microscopen. Ook kunnen de eigenschappen van schakelingen als het Nevatron misschien gebruikt worden in de bouw van hypergevoelige gyroscopen en versnellingsmeters.