ENGINEERINGNET.BE - Strontiumatomen hebben 38 protonen in hun kern, en kunnen 49 isotopen hebben, ofwel een totaal van 87 deeltjes in de kern.
Dit oneven getal verandert de kern in een kleine staafmagneet, met een kernspin ongelijk aan nul. Daardoor heeft 87Sr, zoals de isotoop wordt afgekort, allerlei bijzondere eigenschappen.
Dat maakt het bijvoorbeeld tot een van de belangrijkste kandidaat-isotopen voor gebruik in de volgende generatie atoomklokken.
Om de toepassingen van strontium te benutten, willen natuurkundigen daarom zo nauwkeurig mogelijk weten in welke mate de energieniveaus van 87Sr splitsen.
Dit wordt bepaald aan de hand van een grootheid die bekend staat als de g-factor van 87Sr. De waarde hiervan hangt af van de magnetische eigenschappen van de kern, en van de kleine magnetische afscherming door de elektronenwolk die samen met de kern het neutrale atoom vormt.
Heel nauwkeurige metingen van de g-factor werden ruim 50 jaar geleden al uitgevoerd, en er is sindsdien geen enkele verbetering meer bereikt.
Nu is een team van vijf natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam en het quantumsoftware-onderzoekscentrum QuSoft er echter in geslaagd om de bekende waarde met een factor 100 te verbeteren.
Onderzoeker Premjith Thekkeppatt, die als promovendus in de Amsterdamse groep aan het onderzoek werkte: “Ons werk is voortgekomen uit pogingen om strontiumatomen te combineren met een ander element, rubidium, om zo rubidium-strontiummoleculen te creëren. Dat bleek een enorme uitdaging, wat ons ertoe aanzette te onderzoeken wat we konden bereiken door de twee soorten atomen in elkaars nabijheid te plaatsen, zonder dat de atoomwolken overlapten. Met behulp van een techniek die optisch vangen heet, konden we een dergelijke configuratie bereiken.”
Het bleek dat het opsluiten van 87Sr, en dichtbij hetzelfde doen met rubidiumatomen, bij gebruik van een meettechniek die bekend staat als kernspinresonantie, hielp bij het heel nauwkeurig bepalen van de g-factor.
De reden is dat de eigenschappen van rubidium al extreem nauwkeurig bepaald waren, waardoor die eigenschappen konden worden gebruikt om de magnetische veldsterkte in het vacuüm waar beide atoomtypen gevangen zaten nauwkeurig te kalibreren. Dit maakte op zijn beurt de sterk verbeterde bepaling van de g-factor van 87Sr mogelijk.
De nieuw bereikte precisie opent deuren voor nauwkeurigere strontiumgebaseerde toepassingen in atoomklokken en quantumcomputers, en kan leiden tot andere stappen voorwaarts.
Thekkeppatt: “Onze resultaten vormen een nieuw, uitdagend ijkpunt voor atomaire structuurberekeningen. We hebben aangetoond dat deze nieuwe methode heel goed werkt voor precisiemetingen, en de ontwikkelde methode zal onderzoekers inspireren tot uitbreidingen naar andere atoomsoorten en -toestanden die relevant zijn voor allerlei toepassingen.”
