ENGINEERINGNET.BE - Het hybride ion-atoomexperiment aan de Universiteit van Amsterdam gebruikt moleculen met een temperatuur van slechts een paar miljoensten van een kelvin, waarmee men de koudste ion-molecuulbotsingen ter wereld bestudeert.
Natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam, QuSoft en de Universiteit van Stony Brook namen zo een moleculair ion waar, dat gemaakt werd in een chemische reactie waarbij lithium-moleculen en atomaire ytterbium-ionen veranderen in lithium-atomen en moleculaire lithium-ytterbium-ionen.
Dankzij een techniek die magnetische associatie heet, kunnen uit een ultrakoud gas zogeheten Feschbach-dimeren gemaakt worden: moleculen die net zo koud zijn als het gas waaruit hun bouwstenen voortkwamen.
Door zulke moleculen te combineren met een enkel gevangen ion, zagen de onderzoekers voor het eerst chemische ion-molecuulreacties waarbij ultrakoude moleculen betrokken waren.
Botsingen tussen een enkel ion en een Feschbach-dimeer leidden tot de vorming van het hierboven genoemde moleculaire ion, waarbij een van de atomen van het molecuul vast blijft zitten aan het ion.
Door naar de fluorescentie van het ion te kijken, werd de vorming van het moleculaire ion zichtbaar. De aanwezigheid van het moleculaire ion werd ook bevestigd door de frequentie te meten waarmee het in de ionenval resoneerde: een frequentie die voor de zwaardere moleculaire deeltjes anders is.
Vervolgmetingen lieten zien dat zelfs iedere ion-molecuulbotsing leidt tot de vorming van een moleculair ion.
De onderzoeksgroep kwam er zo achter dat hun methodes enorm gevoelig waren: ze konden de reactie gebruiken om slechts 50 moleculen te detecteren in een wolk van 20.000 atomen. Bij dergelijke kleine sporen van moleculen falen de gebruikelijke afbeeldingstechnieken.
Het ion is daarom een veel betere detector voor moleculen. Dit resultaat is een eerste stap op weg naar het onderzoeken van quantum-materietoestanden met behulp van een enkel ion als detector.
De waargenomen chemische reactie biedt ook een nieuwe methode om koude en manipuleerbare moleculaire ionen te verkrijgen. Zulke ionen zijn met name interessant voor precisie-spectroscopie en voor een beter begrip van ultrakoude botsingen en chemie.
