Drie teams¹ van fysici, twee Amerikaanse en een Nieuw-Zeelands, hebben onafhankelijk van elkaar een quantummechanisch fenomeen gedemonstreerd dat drie decennia geleden al theoretisch werd voorspeld. Het fenomeen heeft zijn oorsprong in de jaren 1920. Toen werd immers de quantummechanica geboren, de theorie die de microwereld beschrijft.
Een van de kernelementen van de quantummechanica is het zogenaamde uitsluitingsprincipe van Pauli, genoemd naar de Oostenrijkse fysicus die het introduceerde. Het principe zegt dat twee dezelfde fermionen – een klasse van deeltjes waartoe onder meer het elektron behoort – zich niet in dezelfde quantumtoestand kunnen bevinden. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld de energieniveaus in een atoom maar beperkt opgevuld worden. Zo is er op het laagste niveau maar plaats voor twee elektronen.
Extra doorzichtig
Het uitsluitingsprincipe heeft ook gevolgen voor het zogenaamde fermionisch gas. Dat is een verzameling atomen van het fermiontype die zo sterk gekoeld worden dat de deeltjes de allerlaagste quantumtoestanden gaan opzoeken. Het principe zorgt ervoor dat dergelijk gas uitzonderlijk transparant is.
Als het uitsluitingsprincipe de fermionen verhindert over te springen naar andere quantumtoestanden, zo voorspelde de theorie, dan betekent dat ook dat ze veel minder gemakkelijk energie kunnen afnemen van inkomende fotonen. Die fotonen kunnen daardoor veel vrijer door het gas vliegen. En dat maakt het extra doorzichtig.
Dat fenomeen is nu eindelijk gedemonstreerd. En wel met verschillende fermionische gassen, bestaande uit ultragekoelde kalium-, strontium- en lithiumatomen. De hogere transparantie vindt mogelijk toepassingen in betere atoomklokken en onderdelen van quantumnetwerken.
Noten
Bron: Amita Deb, University of Otago, Dunedin, Nieuw-Zeeland
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.