Vandaag de dag spelen botsingen tussen waterstofsoorten een cruciale rol in geavanceerde technologieën zoals kernfusiereactoren en lithografiemachines. "Historisch gezien waren ze cruciaal voor de afkoeling van het heelal kort na de oerknal, door de vorming van de eerste waterstofmoleculen mogelijk te maken", legt Beyer uit. "Nu streven natuurkundigen ernaar deze processen te repliceren met hun antimaterie-analogen om de eerste antimateriemoleculen te creëren. Door de meest efficiënte manieren te identificeren om de eenvoudigste antimateriemoleculen te creëren, legt dit onderzoek de essentiële basis voor nieuwe tests van het Standaardmodel van de deeltjesfysica en mysteries zoals donkere materie. Naast de implicaties voor de chemie in het vroege heelal, heeft het onderzoek ook praktische toepassingen, bijvoorbeeld in onderzoek naar kernfusie en in industriële processen, zoals die bij ASML. "
SAMURAI onderzoekt fundamentele processen in waterstof
Het SAMURAI-project heeft als doel botsingen tussen waterstofatomen met ongekende precisie te bestuderen. De wetenschappers richten zich voornamelijk op kleine kwantumeffecten die de kans op botsingen vergroten, bijvoorbeeld gebaseerd op kwantummechanische tunneling, en op drie specifieke reacties die de productie van moleculaire antimaterie zouden kunnen bevorderen. "In plaats van traditionele botsingsexperimenten gebruikt SAMURAI een nieuwe 'halve botsing'-aanpak. Denk aan twee biljartballen: de hoek en snelheid waarmee ze uit elkaar vliegen, hangen af van de manier waarop ze elkaar raken. Het hele botsingsproces kan worden onderverdeeld in vóór en ná het moment waarop de twee ballen elkaar raken. In plaats van de atomen op elkaar te richten, slaan we het eerste deel van de botsing over en gebruiken we het waterstofmolecuul en lasers om deze zogenaamde overgangstoestand voor te bereiden - het moment waarop de twee atomen elkaar raken. Vanaf dat moment kunnen we de tweede helft van de botsingen zeer gedetailleerd bekijken. Dit maakt het mogelijk om reactiepaden te isoleren en de botsingsomstandigheden beter te beheersen", legt Beyer uit.
Internationale Jaar van de Quantumwetenschap- en technologie
Het waterstofmolecuul en zijn ion, wanneer een van de twee elektronen wordt verwijderd, zijn de eenvoudigste moleculen en spelen al meer dan 100 jaar een cruciale rol in de ontwikkeling van de kwantummechanica. Het jaar 2025 is uitgeroepen tot het Internationale Jaar van de Quantumwetenschap- en technologie om het 100-jarig jubileum te vieren (in 1925 publiceerde Werner Heisenberg zijn werk over matrixmechanica). Heisenberg was tevens de promotor van Edward Teller, die later bekend werd als de vader van de waterstofbom. In zijn proefschrift, ingediend in 1930, voerde Teller de eerste berekening uit van de elektronisch aangeslagen toestanden van het moleculaire waterstofion. "In het kader van het SAMURAI-project hopen we eindelijk de eerste spectroscopische waarneming van deze toestanden te realiseren", besluit Beyer.
Het project streeft er ook naar voor het eerst de stralingsassociatie te meten, een proces waarbij moleculaire waterstofionen worden gevormd uit protonen en waterstofatomen met behulp van licht. Het experiment omvat ionenvallen, magnetische velden en laserkoeling. Samen maakt dit de bereiding van koude protonen en waterstofatomen mogelijk en kan het de uitkomst van botsingen controleren – iets wat voorheen alleen mogelijk was met andere atomen.
NWO-Talentprogramma
Het NWO-Talentprogramma geeft onderzoekers de vrijheid om vanuit creativiteit en passie eigen onderzoek te doen en stimuleert vernieuwing en nieuwsgierigheid. De onderzoekers krijgen maximaal 850.000 euro.