Licht koelt spiegeltjes tot bijna nul graden

Het koelen van microscopische spiegeltjes met behulp van laserlicht, waarin de Nederlandse quantumfysicus Dirk Bouwmeester sinds deze week recordhouder is, kan nieuwe inzichten opleveren over de quantumeigenschappen van relatief grote objecten...

Van onze verslaggever

In een laboratorium bereikte Bouwmeester en een team van de universiteit van Californië een temperatuur van 0,135 graad boven het absolute nulpunt. Die temperatuur geeft vooral aan dat de spiegel nauwelijks nog trillingen vertoont.

Bouwmeester publiceert zijn experimentele record donderdag in het wetenschappelijke blad Nature, tegelijk met nog twee teams, in Oostenrijk en in Duitsland en Frankrijk, die eveneens werken aan het koelen van piepkleine spiegeltjes met licht.

De Nederlander werkte jaren geleden bij de groep van Anton Zeilinger in Wenen, nu een van de concurrenten. Destijds was hij eerste auteur van het artikel waarin voor het eerst quantumteleportatie werd aangetoond: het overzappen van een deeltje van de ene plaats naar de andere, zonder het fysiek te verplaatsen.

Nature vergelijkt de piepkleine spiegeltjes van de nieuwe experimenten met klaprozen die wiegen in de wind, waarvan de bewegingen iets zeggen over de wind en over de mechanische eigenschappen van de bloemen zelf. Op dezelfde manier zeggen de bewegingen van de spiegeltjes iets over het opvallende licht en de quantummechanische eigenschappen van de spiegeltjes. Volgens de quantumtheorie bestaat licht uit een stroom lichtdeeltjes, fotonen.

De spiegeltjes in de diverse experimenten, in de orde van miljoenste millimeters klein, zijn in quantumbegrippen nog steeds enorm groot. Quantumtheorie gaat in de eerste plaats op voor atomen, licht en moleculen.

De koeling, of eigenlijk: het wegdempen van trillingen met behulp van licht, is een eerste bewijs dat quantumeffecten voor zulke objecten een wezenlijke rol kunnen spelen. Bij de proeven wordt onder vacuum en intense kou licht op een microscopisch spiegeltje geschenen. De lichtdeeltjes oefenen daardoor een druk uit op het spiegeloppervlak. Die dempt trillingen van het spiegeloppervlak.

De twee Europese groepen bereiken in hun proeven vooralsnog temperaturen van 10-20 graden boven het absolute nulpunt. Volgens een commentaar in Nature is daarmee hooguit een eerste bescheiden stap in de richting van echte quantumeffecten in het systeem. Die komen pas bij duizendsten graden boven nul echt in beeld.

De systemen zijn volgens Nature in principe al wel bruikbaar voor ultraprecieze verplaatsingssensoren, of het rechtstreeks meten van de massa van individuele atomen of moleculen.

Meer over