Nikhef-fysici van de Universiteit Groningen hebben een techniek ontwikkeld om nanodeeltjes te vangen en hun vorm en massa te karakteriseren. Mogelijk is dat nuttig voor de jacht op donkere materie.
Een artikel over de opsluittechniek is als coverstory gepubliceerd in het tijdschrift Applied Physics Letters. Het artikel van het team van Nikhef-onderzoeker Steven Hoekstra laat zien hoe de massa én vorm van kleine silicadeeltjes tegelijk kunnen worden bepaald. Tot nog toe werden slechts technieken gebruikt die maar een van die eigenschappen konden meten.
De Groningse onderzoekers laten een silicadeeltje zweven in een kruisvuur van laserlicht om het te bestuderen. Zulke deeltjes van ongeveer 140 nanometer groot (een nanometer is een miljardste van een meter) zijn lang niet altijd bolvormig, en klonteren bovendien soms samen tot bijvoorbeeld een haltervorm. Daardoor hebben ze ook niet altijd dezelfde massa.
Het is recent voorgesteld om deze optisch zwevende nanodeeltjes als een nieuw soort sensor te gebruiken om donkere materie uit het heelal te meten. Zo’n 85 procent van alle massa in het heelal is niet zichtbaar en bestaat vermoedelijk uit nog onbekende deeltjes. Wereldwijd zijn er tal van experimenten om zulke deeltjes te vangen, bijvoorbeeld met de XENON-detector in Gran Sasso, ook een Nikhef-experiment.
Als zulke onbekende deeltjes inslaan op een zwevend nanodeeltje verandert de positie ervan in de laserval een beetje. Hoeveel hangt af van het donkere-materiedeeltje, maar ook van de massa en vorm van de nanodeeltjes. Voor zulke metingen moeten de eigenschappen van de nanodeeltjes dus precies bekend zijn. Hoekstra en zijn team bepalen die door manipulaties met de elektrische velden en de opsluitlaser.
De Nikhef-groep in Groningen is gespecialiseerd in precisiemetingen om fundamentele fysica te testen via het opsluiten, koelen en manipuleren van kleine kwantumsystemen zoals moleculen en ionen. Het werk aan optisch ingevangen nanobolletjes is daarbij een recente toevoeging.
Het hoofdproject van de Nikhef-groep van het Van Swinderen Instituut in Groningen is een onderzoek naar het elektrische veld van elektronen, dat een beetje asymmetrisch zou kunnen zijn. In de standaardtheorie zijn elektronen perfect symmetrische puntdeeltjes.