‘Rondtollende atomen vertonen overeenkomsten met effectballen voetballers’
Natuurkundige Robert Spreeuw heeft een nieuw effect ontdekt bij draaiende atomen dat vergelijkbaar is met de effectballen van bekende voetballers. Over hoe de effectbal van Roberto Carlos wetenschappers iets kan leren bij het bouwen van een quantumcomputer.
Wanneer een voetballer bij het schieten de bal een bepaalde draaiing weet mee te geven, ontstaat er een effectbal. Zo'n effectbal kan compleet van richting veranderen en zo tot ieders verbazing als doelpunt eindigen. Dit fenomeen wordt ook wel het magnuseffect genoemd. ‘Het effect ontstaat doordat de lucht die langs de draaiende bal beweegt afbuigt,’ legt natuurkundige Robert Spreeuw uit. ‘De afbuiging in de lucht zorgt ervoor dat de bal een andere kant op gaat.’
Verschillende voetballers hebben al gebruikgemaakt van het magnuseffect, onder wie de Braziliaan Roberto Carlos. In 1997 maakte hij tijdens een wedstrijd tegen Frankrijk een wel heel bijzonder goal vanuit een vrije trap. Dit zie je in het filmpje hieronder.
(Lees verder onder de video)
Soortgelijk effect bij atomen
Het magnuseffect van rondtollende voetballen kun je nabootsen bij atomen, laat onderzoek van Spreeuw zien. Hij ontdekte een nieuw effect bij atomen en kwam er toen achter dat dit effect veel overeenkomsten vertoont met het magnuseffect dat je onder andere tijdens voetbalwedstrijden kunt aanschouwen. Begin deze maand verscheen zijn ontdekking in het toonaangevende tijdschrift Physical Review Letters.
De onderzoeksgroep van Spreeuw, Quantum Gases and Quantum Information van het Institute of Physics, werkt veel met lasers. Het lab van die groep ziet er ietwat futuristisch uit. Het staat vol met bakken elektronische apparatuur en is volgepakt met optische tafels – tafels met metalen tafelbladen waar rijen spiegels en lenzen op staan.
‘We bekijken hoe atomen zich gedragen in laserbundels. Met licht kun je kracht uitoefenen op atomen. Normaal houd je atomen in een vacuüm ruimte; ze bewegen dan alle kanten op. Met laserlicht kun je ze vasthouden op één plek. Dat is mogelijk in die futuristische kamer. Door al die spiegels en lenzen kunnen we namelijk het licht van lasers verdelen.’
Spreeuw onderzocht wat er gebeurt als je een draaiend atoom in een laserbundel brengt. ‘Je ziet dat het rondtollende atoom net zoals een draaiende voetbal een afbuiging veroorzaakt. In dit geval buigt de lucht alleen niet af, maar maken lichtdeeltjes een afbuiging. Hierdoor gaat het atoom een andere richting op.’
Optische pincetten
Deze bevinding heeft praktische consequenties, bijvoorbeeld voor optische pincetten. Met deze pincetten kun je individuele atomen manipuleren. Spreeuw: ‘Dat kunnen we goed gebruiken voor het bouwen van een quantumcomputer.’ Een quantumcomputer maakt gebruik van atomen. Maar die wil je wel op een bepaalde manier gerangschikt hebben, zodat ze zich niet steeds op andere plekken in de computer bevinden. ‘Dat is niet handig. Een optisch pincet zorgt ervoor dat dit niet gebeurt. Met de optische analogie van het magnuseffect kunnen we straks losse atomen naar specifieke plekken in de quantumcomputer brengen.’
‘Biologen gebruiken ook vaak optische pincetten. Hiermee kunnen ze levende cellen op een bepaalde plek vasthouden en dan bestuderen. Het is zelfs mogelijk om binnen in cellen weer onderdelen, zogeheten celorganellen, te laten bewegen. Misschien kunnen zij het optisch magnuseffect ook wel toepassen. We kunnen in ieder geval nog heel veel kanten op met dit nieuwe effect dat nog niet eerder is ontdekt.’
