Algemeen nieuws

< VorigeAfbeelding 1 van 1Volgende >

Artistieke impressie van de experimentele opstelling. De atomen worden door laserstralen op hun plaats gehouden; het ion door elektrische velden. De botsingen tussen de atomen en het ion betreden terwijl het ion afkoelt het quantumregime.

In de afgelopen jaren hebben natuurkundigen technieken ontwikkeld om extreem koude atomen en ionen te maken. Deze ultra-koude deeltjes hebben allerlei toepassingen: ze kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden als bouwstenen voor quantumcomputers en heel nauwkeurige klokken. Idealiter zou men voor zulke toepassingen ook de beschikking willen hebben over mengsels van koude atomen en ionen, maar tot nu toe was het alleen mogelijk om de afzonderlijke soorten deeltjes af te koelen tot de benodigde temperaturen. Een aantal UvA-natuurkundigen, waaronder Thomas Feldker, is er nu in geslaagd om een dergelijk ultra-koud mengsel te maken. De resultaten zijn deze week gepubliceerd in Nature Physics.

Ultrakoude gassen van ongeladen atomen worden vandaag de dag routinematig geprepareerd bij temperaturen lager dan 100 nanokelvin - dat wil zeggen: minder dan een tienmiljoenste graad boven het absolute nulpunt van temperatuur - in laboratoria over de hele wereld. Wat ionen betreft, atomen die een lading hebben omdat ze een elektron "missen": met behulp van de laserkoeling-techniek kunnen ook die afgekoeld worden tot aan hun bewegingstoestand met de laagst mogelijke energie. Door deze ontwikkelingen zijn zowel atomaire als ionische systemen vooraanstaande quantumtechnologieën gericht op het ontwikkelen van quantumcomputers en ultra-precieze atoomklokken.

Quantumregime
Ook over het combineren van ionen en atomen tot een enkel quantumsysteem wordt als geruime tijd nagedacht. Ondanks grote inspanningen gedurende de afgelopen tien jaar is het maken van een quantummengsel van atomen en ionen echter een onbereikbaar doel gebleven - dat wil zeggen: tot nu toe. In een publicatie die deze week in Nature Physics verscheen [1] melden IoP-natuurkundige Thomas Feldker en zijn collega's in de groep van Rene Gerritsma dat ze een atoom-ionmengsel hebben waargenomen bij een temperatuur die zo laag is dat het systeem niet meer met de klassieke natuurwetten beschreven kan worden.

In het experiment dompelden de onderzoekers een enkel gevangen ion onder in een wolk van zo'n tienduizend atomen met een temperatuur van een paar microkelvin. Met behulp van technieken die ontwikkeld werden voor gevangen ionen in quantumcomputers konden ze de bewegingsenergie van het ion in de gaten houden terwijl het werd afgekoeld door het bad van atomen. Het zou voor de hand liggen dat het ion na een aantal botsingen dezelfde temperatuur krijgt als het atomenbad, maar de oscillerende elektrische velden die het ion op zijn plaats gevangen houden maken de situatie ingewikkelder. Door deze elektrische velden kan er namelijk juist warmte ontstaan als het ion met een atoom botst. Vanwege dit effect was het tot nu toe niet mogelijk om een mengsel van atomen en ionen in het quantum-temperatuurregime te maken.

Smoking gun
Enkele jaren geleden werd door een groep wetenschappers van het MIT [2] berekend dat deze ongewenste verwarmingseffecten konden worden verzacht door een heel zwaar ion te mengen met atomen die juist heel licht zijn. In het experiment in Amsterdam werd daarom een enkel ytterbium-ion (171Yb+) ondergedompeld in een wolk van lithium-atomen (6Li). Deze combinatie heeft, van alle atoom- en ionsoorten die goed met lasers te manipuleren zijn, de grootste verhouding tussen de massa's. De onderzoekers maten de bewegingsenergie van de atomen en het ion in alle bewegingsrichtingen en concludeerden dat de botsingsenergie tussen de atomen en het ion de zogeheten s-wave-limiet bereikt. In dit regime is de quantumtheorie noodzakelijk om de botsing te kunnen beschrijven. Als ‘smoking gun' presenteren de auteurs metingen aan botsingen tussen de atomen en het ion waarin ion en atoom wisselen van ‘spintoestand', een quantummechanische eigenschap die verband houdt met de rotatie van de deeltjes. Deze botsingen schenden de klassieke resultaten afkomstig uit een beschrijving die bekend staat als Langevintheorie - een duidelijke aanwijzing voor het feit dat in de botsingen ook quantumverschijnselen een rol spelen. Door hun meetgegevens te fitten met theoretische voorspellingen, ontwikkeld in de groep van dr. Tomza in Warschau, berekenen de auteurs de verstrooiingslengtes - parameters die de quantumverstrooiing volledig bepalen.

De resultaten effenen de weg naar allerlei nieuwe mogelijkheden, zoals het onderzoek van kort-bestaande configuraties van atomen en ionen die bekend staan als magneto-moleculaire resonanties. Deze configuraties, ook wel Feschbach-resonanties genoemd, zijn het werkpaard van de quantumsimulatoren die uit alleen atomen bestaan, maar zijn nog nooit waargenomen tussen atomen en ionen, aangezien de benodigde temperaturen eenvoudigweg buiten bereik waren. Het nu gemaakte mengsel van atomen en ionen zou daarom als nieuw platform kunnen dienen voor quantumsimulaties van veeldeltjesverschijnselen zoals het natuurkundige gedrag van geladen oneffenheden die wisselwerken met een quantumvloeistof. Een verdere interessante mogelijkheid is het gebruik van een wolk van koude atomen om een quantumcomputer die gebruik maakt van koude ionen doorlopend te koelen.

Afdrukken | Mail door

Meer algemeen nieuws

> UT-studenten maken electri...
> Techniekstudenten ontwikke...
Toon volledig overzicht

Column / Opinie

Feit of fabel?

Helpt een nieuwe complottheorie?

Zorg goed voor de medemens en jezelf

Toon alle columns / opinies

lees e-totaal digitaal

Lees het e-totaal magazine nu ook digitaal!
U scrollt eenvoudig door de verschillende artikelen en via de actieve hyperlinks komt u direct in contact met de verschillende leveranciers en adverteerders.

Veel leesplezier.

Wilt u de papieren editie gratis ontvangen, vul dan uw gegevens in via het contact formulier.

Uitgelicht

In een tijd waarin collectief tegen het slopende coronavirus wordt gestreden, wil Procentec diegenen helpen die de klok rond werken om de samenleving 24/7 van levensonderhoud te voorzien.

Advertorial

Bedieningssystemen met CapKeys
Steeds vaker worden touchscreens gebruikt om toepassingen te bedienen. Capacitieve toetsen of kortweg ‘CapKeys' bieden daarbij extra mogelijkheden ten opzichte van conventionele bedieningssystemen. Lees meer >>

Corona-crisis

Ondernemersinformatie over de Corona-crisis
Speciaal voor ondernemers, bedrijven en zzp'ers is er specifieke informatie omtrent de Corona-crisis te vinden (over o.a. de verschillende pakketten aan noodmaatregelen die het kabinet getroffen heeft).
Websites met meer informatie: 

• Rijksoverheid
• FHI
• Brainport Eindhoven
• Kamer van Koophandel
• Coronavirus en internationaal ondernemen
• Belastingdienst
• mkb
• kvk
• vng
• vno-ncw
• Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
• FEDA
• Koninklijke Metaalunie

Vacatures

EPO
Electricity contract management Specialist
The EPO is looking for a Electricity contract management Specialist. The unit ensures a reliable, safe, healthy and sustainable working environment. You will check the services provided by the main contractor in line with the EPO-internal corporate contract process to ensure quality from work preparation to execution. Want to know more? Click here!

AR Benelux B.V.
Technical Sales Engineer - Test & Measurement
In onze bijzondere omgeving zijn techniek en commercie de elkaar versterkende basisingrediënten. Ter uitbreiding van ons T&M team zijn we op zoek naar een nieuwe collega die in een dynamische omgeving de behoefte van de klant vertaalt naar een oplossing. Hierbij heb je vaak intensief contact met leverancier en klant.
Lees meer.

Bedrijf in beeld

Bent u vodoende vertrouwd met PCB-ontwerp?

AVE Added Value Electronics

Nieuwsbrief

Ontvang wekelijks het laatste nieuws uit uw vakgebied. Meld u hier aan voor de gratis nieuwsbrief. U wordt dan ook op de hoogte gehouden van het verschijnen van de nieuwe
e-zines.

Agenda

Klik hier voor de complete agenda.