MINIVERSNELLER LAAT ATOMEN LANGZAAM RONDJES DRAAIEN

(Bruno van Wayenburg)

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.