We zijn gewend aan licht als versneller. Als je ermee ergens op schijnt, worden deeltjes warm en bewegen ze sneller. Het is gewoon hoe het universum lijkt te werken. Of in ieder geval hoe conventionele wijsheid zegt dat het werkt.
Maar wetenschappers van de Ruhr-Universiteit Bochum merkten zojuist dat ze op de rem trokken. 🛑
Ze publiceerden de bevindingen in Nature. De installatie is eenvoudig genoeg. Fluorescerende nanobuisjes van koolstofgaas, gesuspendeerd in water. Fel licht valt op hen. In plaats van te versnellen, vertragen ze. Hoe helderder het licht, hoe langzamer ze drijven. Het tart elk onderbuikgevoel dat je hebt over energie.
“De diffusie neemt af als we de lichtintensiteit verhogen.”
Waarom? Iets dat kwantumwrijving wordt genoemd.
Dit zijn geen gewone buizen. Het zijn nanobuisjes. Zo’n 100.000 keer dunner dan je haar dun is. Je kunt ze niet zien zonder serieuze vergroting. De onderzoekers isoleerden enkele nanobuisjes in de vloeistof. Onder de microscoop begonnen de gloeiende buizen te bewegen alsof het water eromheen plotseling in melasse was veranderd. Dikker. Langzamer. Kleveriger.
Het gaat over excitonen. Zo worden ze genoemd: paren energetische deeltjes gevormd in het vaste materiaal. Een elektron springt een plek over en laat een gat achter. Samen dansen ze. Meestal blijft die energie daar gewoon zitten of verwarmt de boel. Hier lekt het uit. De excitonen in de nanobuis koppelen zich met de watermoleculen daarbuiten. Ze wisselen momentum uit. Het water duwt terug.
Je krijgt weerstand zonder aanraking. Dat is het vreemde deel.
Bij standaardwrijving zijn oppervlakken nodig die samen worden geslepen. Wrijven, branden, schuren. Kwantumwrijving heeft dat allemaal niet nodig. Het zijn elektrische ladingen die fluctueren en reiken over de grens tussen de vaste buis en de vloeistof. Ze interacteren. En daarbij slepen ze elkaar naar beneden.
Het team gebruikte terahertz-spectroscopie om het te zien gebeuren. Ze konden de moleculaire energie zien verschuiven. Een kleine overdracht van momentum. Marialore Sulpipi, een theoretisch natuurkundige in het team, merkte op dat het water niet soepel werkt voor de oplichtende nanobuis. Het wordt direct aan de oppervlakte resistent.
Het verdwijnt als de excitonen niet vrij kunnen bewegen.
Dat was de controle. Ze testten nanobuisjes met defecten die de excitonen intern vertraagden. Toen die geladen deeltjes vastzaten, verdween het sleepeffect. Geen wrijving. Dit bewees het punt. Het is de mobiliteit van het exciton – zijn vermogen om door de buis te lopen – dat energie rechtstreeks uitwisselt met de omgeving.
“Het fascinerende is dat dit effect volledig verdwijnt als… de elektronische excitaties… worden vertraagd.”
Het is een rommelige grens. Vaste fysica die overgaat in vloeibare fysica. De kwantumwereld voelt sowieso altijd glibberig aan, maar dit maakt het wel tastbaar. Een letterlijke rem.
Dus waarom zou het je zorgen maken?
Controle.
Als je een nanobot in vloeistof kunt vertragen door alleen maar een lichtje te laten schijnen, heb je geen kleine stuwraketten of fysieke gidsen nodig. Je stuurt het met fotonen. Hetzelfde geldt voor chemische reacties. Pas het licht aan, pas de wrijving aan, verander de uitkomst. Het is precisietechniek op moleculaire schaal.
Martina Havenith, een andere hoofdchemicus, zegt dat dit deuren opent waarvan we niet wisten dat ze bestonden in de materiaalkunde.
We gaan ervan uit dat licht de dingen versnelt. Het zit in onze botten. Vuur verwarmt. De zon smelt. Deze studie zegt iets anders. Op de bodem van het konijnenhol wordt het donkere spul tenminste dikker als de lichten aangaan.
Wie weet waar de grens ligt.
