Valerie Nesvisjevki (foto: ETHZ)

Al zo’n jaar of zestig worden uiterst koude neutronen (ongeladen kerndeeltjes) gebruikt om een verklaring te vinden voor de oorsprong van materiaal in het heelal en voor hoe de zwaartekracht past in het algemene krachtenplaatje. Nu blijken die ultrakoude neutronen (ukn’s) ook een beeld te kunnen geven van hoe uiterst kleine deeltjes langs een oppervlak bewegen, zoals virussen langs een celmembraan. Het lijkt er op dat de uiterste koude neutronen scheikundigen, biologen en ingenieurs een kijkje kunnen gunnen in een tot nog toe onzichtbare wereld.
Die ontdekking werd gedaan door onderzoekers van het  Laue-Langevin-instituut in Grenoble (F), al zo’n 25 het belangrijkste instituut op het gebied van neutronenonderzoek en ‘basis’ van het onderzoek met ultrakoude neuronen. Sinds 1969 worden ultrakoude neuronen gebruikt voor het beantwoorden van fundamentele, natuurkundige vragen. Bij dergelijk onderzoek worden de neutronen bewaard in ‘vallen’ en worden hun eigenschappen, zoals energie en levensduur, met grote nauwkeurigheid bepaald.
Het viel de onderzoekers op dat de opslagtijd in hun ‘doosjes’ altijd veel korter was dan kon worden verwacht. Pas in 1999 meenden Valerie Nesvisjevski en zijn collega’s een verschijnsel waargenomen te hebben dat dat verlies kan verklaren. De ultrakoude neutronen krijgen heel af en toe thermische ‘klappen’. Dat gebeurt zelden, maar hoe dat komt was duister. Alle mogelijke oorzaken werden afgegaan en vervolgens weggestreept tot er een overbleef: het zou de invloed kunnen zijn van nanodeeltjes of nanodruppels die zich vlak boven het oppervlak van de meeste materialen bevinden.
Om die veronderstelling uit te testen werden plaatjes in de ukn-val geplaatst met op het oppervlak nanodeeltjes met een bekende grootteverdeling. En inderdaad: er werden ‘biljardbalachtige’ botsingen waargenomen, daarmee het bewijs leverend dat die nanodeeltjes bewegen. Deze extra energie zorgde ervoor dat de ultrakoude neutronen uit hun val konden ontsnappen; via de open bovenkant of door de wanden heen, waarmee het ontijdige verlies was verklaard en  een mysterie was opgehelderd.

Als je dat weet dan kun je je natuurlijk afvragen wat die 60 jaar precisiemetingen waard zijn, maar dit ongelukkige voorval zou ook de geboorte kunnen betekenen van een nieuw soort uiterst nauwkeurige microscoop waarmee de beweging van nanodeeltjes langs een oppervlak kunnen worden waargenomen. Dan kun je denken aan de bestudering van chemische reacties met behulp van katalystoren, van de vervaardiging van chips of halfgeleiders, maar ook voor het bekijken van de beweging van biologische moleculen zoals membraaneiwitten of virussen op en langs een celmembraan.
Zo ver is het allemaal nog niet. Voorlopig wil Nesvisjevski eerst de mogelijkheden van de techniek uitproberen. Hij nodigt onderzoekers uit hem onderzoeksmateriaal te sturen om de mogelijkheden van de techniek af te tasten. “Dit was toeval. We hadden nooit gedacht dat ultrakoude neutronen zo’n praktische toepassing konden hebben. Natuurlijk hebben onze bevindingen ook gevolgen voor het fundamentele natuurkundige onderzoek.”

Bron: Alpha Galileo