Krachtige laser trekt spoor van druppeltjes in de buitenlucht

Met een krachtige laser is het mogelijk om condensatie van water op te wekken in de buitenlucht. De laserpulsen wekken een plasma op van geladen deeltjes, waar waterdamp op condenseert (Nature Photonics, 2 mei).

De standaardmethode om regen op te wekken is het verspreiden van zilverzoutkristalletjes in wolken. Deze fungeren als condensatiekernen, waar regendruppels omheen kunnen groeien. Efficiënt is het niet, en de zilverzouten vormen een belasting voor het milieu, maar het werkt wel.

De methode die Jérome Kasparian van de universiteit van Genève en collega’s van de universiteiten van Berlijn en Lyon bedachten is milieuvriendelijker en gaat niet uit van chemicaliën, maar van korte laserpulsen. Die hebben een zo hoge intensiteit dat ze de elektronen wegtrekken van stikstof- en zuurstofmoleculen in de lucht. Zo ontstaat een plasma van positief en negatief geladen deeltjes, die net als de zilverzoutkristalletjes als condensatiekernen kunnen fungeren.

Het verschijnsel werd al in 1915 toegepast door de Engelse onderzoeker Charles Wilson om subatomaire, geladen deeltjes te detecteren: wanneer die door een ruimte bewegen met oververzadigde waterdamp, laten ze een zichtbaar spoor van druppeltjes achter. Wilson kreeg er in 1948 de Nobelprijs voor.

Om aan te tonen dat lasers dit ook kunnen bewerkstelligen, vuurden de onderzoekers intense laserpulsen in een kamer met verzadigde damp en verstrooiden vlak daarna het licht van een tweede, veel zwakkere laser om de waterdruppeltjes die waren gevormd zichtbaar te maken. Zo ontdekten ze dat direct na de eerste puls al druppeltjes van zo’n vijftig micrometer werden gevormd, die vervolgens langzaam samensmolten tot ze bijna twee keer zo groot waren. Daarna stelden Kasparian en zijn collega’s hun Teramobile laser in de buitenlucht op. Dat hadden ze ook al in 2008 gedaan, in een geslaagde poging om bliksems op te wekken en op een gecontroleerde wijze te laten inslaan. Nu vuurden ze de laser en bepaalden of er druppeltjes ontstonden. Bij niet al te lage luchtvochtigheidsgraad, detecteerden ze tot wel twintig keer meer verstrooiing nadat de laser was afgevuurd als ervóór, een duidelijke aanwijzing voor druppelvorming. Het is de eerste keer dat dit met hulp van een laser is gelukt. Voorlopig is er echter nog geen regen te verwachten, omdat de druppeltjes slechts in een nauw kanaal rond de laserbundel ontstonden. Kasparian wil hetzelfde nu over een veel breder gebied voor elkaar krijgen door de laserbundel heen en weer te bewegen.

Rob van den Berg