Natuurkundige Laura Dreissen ontvangt een Starting Grant van de European Research Council (ERC) voor haar onderzoek naar de zwakke wisselwerking in atomen.
Dreissen en haar collega’s gaan op zoek naar een heel klein effect in atomen dat ons iets vertelt over een van de fundamentele natuurkrachten, de zwakke wisselwerking. “Het kleine effect waar we naar op zoek zijn, is een schending van een van de fundamentele symmetrieën in de natuurkunde: pariteit”, zegt Dreissen. “Een schending van deze symmetrie betekent dat de natuurwetten zich nét iets anders gedragen wanneer je ze in een spiegel bekijkt. Door dit effect nauwkeurig te meten, kunnen we het standaardmodel van de deeltjesfysica testen en misschien aanwijzingen vinden voor nieuwe deeltjes of krachten, zoals mysterieuze ‘donkere’ deeltjes die mogelijk ook iets met donkere materie te maken hebben.”
Barium
De onderzoekers hopen dit effect voor het eerst te meten in het atoom barium, en dat nauwkeuriger dan ooit. Daarmee kunnen ze controleren of de huidige theorie nog steeds standhoudt, of dat er subtiele verschillen opduiken die wijzen op onbekende natuurkunde. Ook verwachten ze meer te leren over de opbouw van atoomkernen, wat weer belangrijk is om extreme sterren zoals neutronensterren beter te begrijpen.
Kwantumtruc
Dreissen: “We gebruiken geladen bariumionen die we eerst vangen en afkoelen tot bijna het absolute nulpunt, zodat we ze tot in detail kunnen controleren. Vervolgens passen we een slimme kwantumtruc toe: we maken de ionen kwantum-verstrengeld in een speciale toestand die ongevoelig is voor storende invloeden van buitenaf. Daardoor kunnen we een heel zwak signaal, dat normaal overschreeuwd wordt door ruis, toch betrouwbaar meten.” Deze aanpak maakt het voor het eerst mogelijk om het effect van pariteitsschending in een enkel gevangen atoom waar te nemen en beter dan ooit te bestuderen.
Fundamentele wetenschap en technologische vooruitgang
Met het project gaan Dreissen en haar mede-onderzoekers op zoek naar antwoorden op prangende open vragen in de fundamentele fysica met behulp van cutting-edge kwantumtechnologie. Ze combineren fundamentele wetenschap met technologische vooruitgang. Dreissen: “Met deze speciale kwantumtechnologie kunnen we voor het eerst in twintig jaar op een unieke manier de eerste onafhankelijke test op lage energie van een belangrijk deel van het standaardmodel uitvoeren. Daarmee kunnen we mogelijk nieuwe natuurkunde ontdekken die internationaal competitief is met grote instituten zoals CERN, en onze kennis van atomen en kernen vergroten. Daarnaast ontwikkelen we nieuwe kwantumtechnologie die later kan worden gebruikt voor veilige communicatie of gevoelige meetapparatuur.”
ERC Starting Grant
De ERC gebruikt de Starting Grants om getalenteerde wetenschappers in de beginfase van hun carrière te ondersteunen bij het uitvoeren van baanbrekende projecten voor een periode van vijf jaar. Dreissen ontvangt een grant van ongeveer 2 miljoen euro. In totaal hebben 478 beginnende onderzoekers ERC Starting Grants toegekend gekregen.