De opzet van KRAKEN ziet er varrassend eenvoudig uit met een magnetische fleselektronspectroscoop (MBES) uiterste snelle uv-pulsjes en infraroodpulsen (afb: David Busto et al./Nature Photonics)

Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Lund (Zwe) zouden er voor het eerst in geslaagd zijn de kwantumtoestand van aangeslagen elektronen (fotoelektronen genoemd) te meten. Dit zou het begrip over de wisselwerking tussen licht en materie vergroten, betogen de onderzoekers, maar ik(=as), eenvoudige ziel, had altijd begrepen dat als je de kwantumtoestand van een deeltje (in dit geval een elektron) mat, je die toestand verstoorde. Ik vrees dat mijn wankele (on)begrip van de materie hier een (grote) rol in speelt.
Als je maar genoeg energie toevoegt aan een elektron, dan kan die op een gegeven moment uit zijn baan rond de kern vliegen en krijgen we wat de onderzoekers kennelijk een fotoelektron (foto(n)=licht) noemen. Als je de kinetische energie (=bewegingsenergie) van dat elektron meet zou je veel te weten komen over het atoom waar dat elektron van afkomstig is. Dat is in feite de informatie die uit spectrums van stoffen haalt.
De onderzoekers gebruikten voor hun onderzoek een magnetische fleselektronspectrometer (MBES in het plaatje). Ze gebruikten zeer korte laserpulsjes van ultraviolet licht (om het elektron uit zijn baan te laten vliegen) en ook infraroodpulsjes.
Zo’n elektron wordt meestal gezien als klassiek deeltje, maar is uiteraard in werkelijkheid een kwantumdeeltje met alle vreemde regels die de kwantummechanica ‘gebiedt’. Een elektron is niet alleen een deeltje (met een massa, bijvoorbeeld) maar ook een golf. “Als je nu de kwantumtoestand van dat fotoelektron meet met behulp van onze techniek (KRAKEN gedoopt; as) dan weet je hoeveel ‘kwantum’ dat elektron dan is”, zegt David Busto.
“Het is hetzelfde idee als bij computertomografie om een beeld van de hersens te krijgen: je reconstrueert het ruimtelijke beeld uit veel verschillende tweedimensionale beelden.” De kwantumtoestand van dat elektron zou dan het ruimtelijke beeld zijn in het ct-plaatje. Zo zouden de onderzoekers voor het eerst de kwantumtoestand van elektronen hebben gemeten, die afkomstig waren van helium- en argonatomen (twee edelgassen).

Vreemd genoeg meet je op die manier eigenlijk de klassieke eigenschappen van het elektron zoals de snelheid, maar er schijnt nu een methode te zijn om daaruit de kwantumeigenschappen te destilleren, waardoor de mogelijkheden van spectroscopische metingen groter zijn geworden. Deze methode zou kwantuminformatie opleveren die anders niet te achterhalen zou zijn. Dat zou in de toekomst beter inzicht in het verloop van scheikundige reacties kunnen geven in, bijvoorbeeld, de fotochemie.

Kwantumrevolutie

Busto: “Dit werk heeft te maken met de tweede kwantumrevolutie die er op is gericht om kwantumobjecten afzonderlijk te manipuleren om alle mogelijkheden van de kwantumeigenschappen te kunnen gebruiken voor toepassingen. Onze tomografische techniek heeft niets met kwantumcomputers te maken, maar kennis van de kwantumtoestand van fotoelektronen biedt onderzoekers mogelijkheden die kwantumtoepassingen te ontwikkelen.”

Hij stelt dat het meten van de snelheid en de richting van het aangeslagen elektron veel informatie over de structuur van een materiaal kan verschaffen. “Het verrassendst is dat onze techniek zo goed werkt. Het is al eerder geprobeerd om de kwantumtoestand van fotoelektronen te meten en dat bleek lastig te zijn. Alles moet langdurig erg stabiel zijn, maar wij zijn daarin geslaagd.”

Bron: Alpha Galileo