‘Natrium en cesium voor het eerst gebonden’

Laurien Onderwater

2018-04-13 15:59:32

Een groep wetenschappers is erin geslaagd om twee atomen te laten binden die normaal gesproken geen molecuul zouden vormen.

Kun je je de scheikundelessen over het periodiek systeem nog herinneren? Wat je toen onder andere leerde, was dat de elementen die onder elkaar staan min of meer dezelfde chemische eigenschappen hebben. Groep 1 bestaat uit alkalimetalen (natrium, kalium, cesium enzovoorts), groep 11 uit edelmetalen en helemaal rechts van de tabel vind je de edelgassen onder elkaar.

Bovendien hebben elementen uit dezelfde groep niet echt de neiging om een binding met elkaar aan te gaan. Zo zouden natrium (Na) en cesium (Cs) uit zichzelf geen molecuul vormen. En toch is dat wetenschappers van Harvard University nu gelukt.

Even afkoelen

Veel verschillende atomen kunnen moleculen vormen wanneer de chemische reactie onder de juiste omstandigheden plaatsvindt. Maar wanneer onderzoekers nieuwsgierig zijn naar wat exotischere combinaties moeten ze creatief worden. Zo ook het team van hoofdonderzoeker Kang-Kuen Ni.

Om de atomen natrium en cesium een molecuul te laten vormen, schenen de wetenschappers een laserstraal op een wolk van natrium- en cesiumatomen, waardoor ze afkoelden tot extreem lage temperaturen, want hoe warmer atomen zijn, des te beweeglijker.

Pincetten

De volgende stap was om precies één natrium- en één cesiumatoom uit de ultrakoude wolk te halen. Dat was makkelijk voor de onderzoekers: ze gebruikten hiervoor een laser die was afgestemd op een golflengte die bij voorkeur een natrium- of een cesiumatoom in zijn straal vasthoudt.

Nadat de atomen waren geïsoleerd, werden ze door de laserstralen – optische pincetten genoemd door het team – op hun plek gehouden. Daarna werd de cesiumbundel overgebracht naar zijn natrium-tegenhanger.

Eenmaal overlappend, werd de laserbundel met daarin het natriumatoom uitgeschakeld, waardoor het atoom werd bevrijd. Met een lichtpuls werden de twee elementen vervolgens samengevoegd tot een enkel natriumcesiummolecuul.

Qubits

Hoewel de reactie van korte duur was, bewijst hij wel dat het mogelijk is het molecuul te vormen door gebruik te maken van een laser als katalysator. Maar wat vooral bijzonder aan dit experiment is, is dat de onderzoekers slechts twee atomen gebruikten om de reactie te laten plaatsvinden. Vaak wordt één atoom ‘ondergedompeld’ in een wolk van heel veel andere atomen, zodat de kans groot is dat er een chemische reactie voorvalt.

Bovendien is het natriumcesiummolecuul een goede kandidaat voor de qubits (daar heb je ze weer): die zijn niet 0 of 1, zoals een gewone computerbit, maar kunnen zich in een wazige toestand van 0 en 1 tegelijk bevinden. NaCs is een polair molecuul – dat wil zeggen, het heeft deels een positieve lading en deels een negatieve lading. En polaire moleculen zijn veelbelovende qubit-mededingers.

De Harvard-onderzoekers plaatsten hun onderzoek in het vakblad Science.

Bronnen: Science, The Harvard Gazette, ScienceAlert

Lees ook:

KIJK 4/2018Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!







De nieuwste editie

ook online te bestellen

Nummer 12




Meer Nieuws