Fysici meten ‘ontsnappingstijd’ elektron
15 november 2017 door SSTHoe lang doet een elektron erover om aan de aantrekkingskracht van een atoomkern te ontsnappen? Twintig miljardsten van een miljardste van een seconde, zo blijkt.
Planten halen hun energie uit zonlicht door met die stralingsenergie chemische stoffen te activeren. Bij zonnecellen worden met dezelfde energie positieve en negatieve ladingsdragers gecreëerd. In beide gevallen worden er elektronen losgerukt uit het elektromagnetische krachtveld van een atoom of molecule. Die zogenaamde excitatie vormt de basis van de wisselwerking tussen licht en materie.
Maar hoe lang doet een elektron erover om, met de hulp van een paar fotonen uit een bundel licht, uit zijn atoombaan geknikkerd te worden? En is die tijdsspanne wel meetbaar? Zweedse fysici hebben het nu uitgezocht, waarbij ze een ‘stopwatch’ gebruikten in de vorm van ultrakorte laserpulsjes.
De fysici timeden de ontsnappingstijd van twee gelijkwaardige elektronen in de buitenste ‘schil’ – de (denkbeeldige) baan rondom de atoomkern met de hoogste kwantumgetallen – van een neonatoom. Ze kwamen daarbij uit op een tijd van twintig attoseconden (een attoseconde is een miljardste van een miljardste van een seconde.
Dat de Zweedse meettechniek, waaraan jaren van theoretisch werk vooraf gingen, slechts een foutenmarge bezit van één attoseconde, is impressionant en daarom vermeldenswaardig. Bovendien slaagden de vorsers erin via een slimme truc de beroemde onzekerheidsrelatie van Heisenberg, die stelt dat je niet tegelijk de positie én de snelheid van een elektron kunt meten, te omzeilen. Ze deden dat door gebruik te maken van interferentie, wat meteen verklaart waarom ze twee elektronen nodig hadden voor hun bizarre maar unieke experiment.
