Met de subsidie van 700.000 euro zal experimenteel onderzoek worden gedaan naar de intrigerende vraag waarom eenvoudige moleculen met protonen als kernen zich perfect aan de wetten van de kwantummechanica houden, terwijl moleculen met deuteronen dat niet lijken te doen.
Onlangs heeft het LaserLaB van de VU een nieuw wereldrecord gevestigd in de nauwkeurigheid waarmee vibratiefrequenties van het moleculaire waterstofion HD+ kunnen worden gemeten. Uit deze metingen kwam een onverwachte afwijking naar voren die verband lijkt te houden met de magnetische eigenschappen van het deuteron, een van de kernen van het molecuul.
Saillant detail is dat een vergelijkbare afwijking is vastgesteld in precisiemetingen aan een exotische variant van het waterstofatoom, muonisch deuterium. Deze resultaten zouden kunnen wijzen op nieuwe, nog onontdekte eigenschappen van deuteronen in atomen en moleculen.
Nieuw deeltje?
De vraag is wat deze ‘nieuwe eigenschappen’ precies zijn. Mogelijk gaat het om een eigenschap die door de bestaande kwantumtheorie over het hoofd is gezien, of zelfs de verschijning van een nieuw elementair deeltje. Er kan echter ook sprake zijn van onbekende meetfouten in eerdere experimenten.
Om deze vraag te beantwoorden willen Beyer en Koelemeij precieze metingen doen aan de magnetische kwantumeigenschappen van moleculen met nul, een en twee deuteronen (H2+, HD+ en D2+), en in toestanden met en zonder vibratie-energie. Op deze manier kunnen de verschillende mogelijke verklaringen onafhankelijk worden getest. Voor de experimenten zal gebruik worden gemaakt van zowel een nieuw te bouwen opstelling als van de bestaande infrastructuur voor precisiemetingen van de QMLA-groep.
Foto: de ionenval die gebruikt zal worden in de experimenten. Deze ionenval bevindt zich in een ultrahoog vacuüm, en bevat ongeveer 100 HD+ moleculen (zie uitvergroting). Om de magnetische eigenschappen te kunnen uitlezen zijn de HD+ moleculen ingebed in een extreem koud kristal van 1500 ionen van het element beryllium (Be+), die worden gekoeld en uitgelezen met behulp van een ultraviolet (UV) laserbundel.