High-precision spectros copy on molecular hydrogen and molecular deuterium
Onderzoeker s in Amsterdam en Zürich hebben een belangrijke stap gezet in het ex treem nauwkeurig meten van moleculair waterstof en moleculair deuteri um - de eenvoudigste neutrale moleculen in het universum. Die precisi e is van groot belang, omdat zulke metingen natuurkundigen helpen te testen of onze huidige theorieën over de natuur nog altijd kloppen, of dat er aanwijzingen zijn voor onbekende natuurkundige verschijnsel en.
Moleculair waterstof bestaat uit twee waterstofatomen die a an elkaar gebonden zijn. Wetenschappers proberen al meer dan een eeuw exact te bepalen hoeveel energie nodig is om die binding te verbreke n: de zogeheten dissociatie-energie. Juist omdat het molecuul zo eenv oudig is, kunnen theoretici zeer precieze berekeningen maken. Experim entele metingen vormen vervolgens de ultieme test. Als experiment en theorie niet overeenkomen, kan dat wijzen op nieuwe natuurkunde buite n de huidige modellen.
Natuurkundige Charlaine Roth ontwikkelde met haar collega's een innovatieve meetmethode, Ramsey-kamspectrosco pie, waarmee energieniveaus in moleculair waterstof met ongekende pre cisie kunnen worden onderzocht. Met deze techniek werd een cruciale e erste energiestap honderd keer nauwkeuriger gemeten dan voorheen.
Samen met onderzoekers van ETH Zürich werd vervolgens ook de rest erende energie gemeten die nodig is om de twee atomen volledig van el kaar te scheiden. Daardoor kon de dissociatie-energie van moleculair waterstof uiteindelijk vijf keer nauwkeuriger worden bepaald dan eerd er mogelijk was.
De uitkomst is opvallend: de nieuwe metingen k omen volledig overeen met de theoretische voorspellingen. Daarmee is opnieuw bevestigd dat de huidige natuurkundige theorieën uiterst nau wkeurig werken - maar tegelijk worden de grenzen van die theorieën s teeds scherper getest.
De maatschappelijke en wetenschappelijke impact van dit soort precisieonderzoek reikt verder dan fundamentele natuurkunde alleen. Technieken die ontwikkeld worden voor ultrascher pe spectroscopie vinden vaak later toepassingen in bijvoorbeeld quant umtechnologie, geavanceerde sensoren en uiterst nauwkeurige tijdsmeti ngen. Daarnaast kunnen toekomstige, nog preciezere experimenten mogel ijk afwijkingen blootleggen die aanwijzingen geven over grote mysteri es in het universum, zoals donkere materie en donkere energie.
Roth: "De resultaten markeren het begin van een nieuwe fase in de int ernationale wedloop tussen experiment en theorie. Verdere verbetering en in de metingen zullen theoretici dwingen hun berekeningen opnieuw aan te scherpen - in de zoektocht naar een nog dieper begrip van de n atuurwetten die ons universum bepalen."
Meer informatie over he t proefschrift
DESCRIPTION: Onderzoekers in Amsterdam en Zürich hebben een belangrij ke stap gezet in het extreem nauwkeurig meten van moleculair watersto f en moleculair deuterium - de eenvoudigste neutrale moleculen in het universum. Die precisie is van groot belang, omdat zulke metingen na tuurkundigen helpen te testen of onze huidige theorieën over de natu ur nog altijd kloppen, of dat er aanwijzingen zijn voor onbekende nat uurkundige verschijnselen. Moleculair waterstof bestaat uit twee wate rstofatomen die aan elkaar gebonden zijn. Wetenschappers proberen al meer dan een eeuw exact te bepalen hoeveel energie nodig is om die bi nding te verbreken: de zogeheten dissociatie-energie. Juist omdat het molecuul zo eenvoudig is, kunnen theoretici zeer precieze berekening en maken. Experimentele metingen vormen vervolgens de ultieme test. A ls experiment en theorie niet overeenkomen, kan dat wijzen op nieuwe natuurkunde buiten de huidige modellen. Natuurkundige Charlaine Roth ontwikkelde met haar collega's een innovatieve meetmethode, Ramsey-ka mspectroscopie, waarmee energieniveaus in moleculair waterstof met on gekende precisie kunnen worden onderzocht. Met deze techniek werd een cruciale eerste energiestap honderd keer nauwkeuriger gemeten dan vo orheen. Samen met onderzoekers van ETH Zürich werd vervolgens ook de resterende energie gemeten die nodig is om de twee atomen volledig v an elkaar te scheiden. Daardoor kon de dissociatie-energie van molecu lair waterstof uiteindelijk vijf keer nauwkeuriger worden bepaald dan eerder mogelijk was. De uitkomst is opvallend: de nieuwe metingen ko men volledig overeen met de theoretische voorspellingen. Daarmee is o pnieuw bevestigd dat de huidige natuurkundige theorieën uiterst nauw keurig werken - maar tegelijk worden de grenzen van die theorieën st eeds scherper getest. De maatschappelijke en wetenschappelijke impact van dit soort precisieonderzoek reikt verder dan fundamentele natuur kunde alleen. Technieken die ontwikkeld worden voor ultrascherpe spec troscopie vinden vaak later toepassingen in bijvoorbeeld quantumtechn ologie, geavanceerde sensoren en uiterst nauwkeurige tijdsmetingen. D aarnaast kunnen toekomstige, nog preciezere experimenten mogelijk afw ijkingen blootleggen die aanwijzingen geven over grote mysteries in h et universum, zoals donkere materie en donkere energie. Roth: "De res ultaten markeren het begin van een nieuwe fase in de internationale w edloop tussen experiment en theorie. Verdere verbeteringen in de meti ngen zullen theoretici dwingen hun berekeningen opnieuw aan te scherp en - in de zoektocht naar een nog dieper begrip van de natuurwetten d ie ons universum bepalen." Meer informatie over het proefschrift< /a> High-precision spectroscopy on molecular hydrogen and molecular d euterium END:VEVENT END:VCALENDAR