High-precision spect roscopy on molecular hydrogen and molecular deuterium
Onde rzoekers in Amsterdam en Zürich hebben een belangrijke stap gezet in het extreem nauwkeurig meten van moleculair waterstof en moleculair deuterium - de eenvoudigste neutrale moleculen in het universum. Die precisie is van groot belang, omdat zulke metingen natuurkundigen hel pen te testen of onze huidige theorieën over de natuur nog altijd kl oppen, of dat er aanwijzingen zijn voor onbekende natuurkundige versc hijnselen.
Moleculair waterstof bestaat uit twee waterstofatome n die aan elkaar gebonden zijn. Wetenschappers proberen al meer dan e en eeuw exact te bepalen hoeveel energie nodig is om die binding te v erbreken: de zogeheten dissociatie-energie. Juist omdat het molecuul zo eenvoudig is, kunnen theoretici zeer precieze berekeningen maken. Experimentele metingen vormen vervolgens de ultieme test. Als experim ent en theorie niet overeenkomen, kan dat wijzen op nieuwe natuurkund e buiten de huidige modellen.
Natuurkundige Charlaine Roth ontw ikkelde met haar collega's een innovatieve meetmethode, Ramsey-kamspe ctroscopie, waarmee energieniveaus in moleculair waterstof met ongeke nde precisie kunnen worden onderzocht. Met deze techniek werd een cru ciale eerste energiestap honderd keer nauwkeuriger gemeten dan voorhe en.
Samen met onderzoekers van ETH Zürich werd vervolgens ook de resterende energie gemeten die nodig is om de twee atomen volledig van elkaar te scheiden. Daardoor kon de dissociatie-energie van mole culair waterstof uiteindelijk vijf keer nauwkeuriger worden bepaald d an eerder mogelijk was.
De uitkomst is opvallend: de nieuwe met ingen komen volledig overeen met de theoretische voorspellingen. Daar mee is opnieuw bevestigd dat de huidige natuurkundige theorieën uite rst nauwkeurig werken - maar tegelijk worden de grenzen van die theor ieën steeds scherper getest.
De maatschappelijke en wetenschap pelijke impact van dit soort precisieonderzoek reikt verder dan funda mentele natuurkunde alleen. Technieken die ontwikkeld worden voor ult rascherpe spectroscopie vinden vaak later toepassingen in bijvoorbeel d quantumtechnologie, geavanceerde sensoren en uiterst nauwkeurige ti jdsmetingen. Daarnaast kunnen toekomstige, nog preciezere experimente n mogelijk afwijkingen blootleggen die aanwijzingen geven over grote mysteries in het universum, zoals donkere materie en donkere energie.
Roth: "De resultaten markeren het begin van een nieuwe fase in de internationale wedloop tussen experiment en theorie. Verdere verb eteringen in de metingen zullen theoretici dwingen hun berekeningen o pnieuw aan te scherpen - in de zoektocht naar een nog dieper begrip v an de natuurwetten die ons universum bepalen."
Meer informatie over het proefschrift
DESCRIPTION: High-precision spectroscopy on molecular hydrogen and mol ecular deuterium Onderzoekers in Amsterdam en Zürich hebben een bela ngrijke stap gezet in het extreem nauwkeurig meten van moleculair wat erstof en moleculair deuterium - de eenvoudigste neutrale moleculen i n het universum. Die precisie is van groot belang, omdat zulke meting en natuurkundigen helpen te testen of onze huidige theorieën over de natuur nog altijd kloppen, of dat er aanwijzingen zijn voor onbekend e natuurkundige verschijnselen.Moleculair waterstof bestaat uit twee waterstofatomen die aan elkaar gebonden zijn. Wetenschappers proberen al meer dan een eeuw exact te bepalen hoeveel energie nodig is om di e binding te verbreken: de zogeheten dissociatie-energie. Juist omdat het molecuul zo eenvoudig is, kunnen theoretici zeer precieze bereke ningen maken. Experimentele metingen vormen vervolgens de ultieme tes t. Als experiment en theorie niet overeenkomen, kan dat wijzen op nie uwe natuurkunde buiten de huidige modellen.Natuurkundige Charlaine Ro th ontwikkelde met haar collega's een innovatieve meetmethode, Ramsey -kamspectroscopie, waarmee energieniveaus in moleculair waterstof met ongekende precisie kunnen worden onderzocht. Met deze techniek werd een cruciale eerste energiestap honderd keer nauwkeuriger gemeten dan voorheen.Samen met onderzoekers van ETH Zürich werd vervolgens ook de resterende energie gemeten die nodig is om de twee atomen volledig van elkaar te scheiden. Daardoor kon de dissociatie-energie van mole culair waterstof uiteindelijk vijf keer nauwkeuriger worden bepaald d an eerder 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 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 resu ltaten markeren het begin van een nieuwe fase in de internationale we dloop tussen experiment en theorie. Verdere verbeteringen in de metin gen zullen theoretici dwingen hun berekeningen opnieuw aan te scherpe n - in de zoektocht naar een nog dieper begrip van de natuurwetten di e ons universum bepalen."Meer informatie over het proefschrift END:VEVENT END:VCALENDAR