Ad Valvas 1998-1999 - pagina 694

PAGINA 6

AD VALVAS 1 JULI 1999

Laser speelt grensverleggende rol in onderzoek

Op zoek naar de Holy Grail Het Lasercentrum van de VU is uniek in Nederland. Nergens anders werken zoveel wetenschappers van verschillende disciplines in één lab met een groot assortiment lasers. Ze werken onder meer aan het beveiligen van bankgeheimen en tonen giftige stoffen aan in pissebedden.

Elke van Riel Hardop herinnert prof. dr. Rienk van Grondelle zich de pincode van de automatische schuifdeuren van het Lasercentrum. Niet iedereen moet hier zomaar binnen kunnen wandelen, want in de labruimtes op de eerste verdieping van het Wis- en natuurkundegebouw staat voor een slordige vijfentwintig miljoen aan laserapparatuur. Birmen klinkt overal het voortdurend zoemen van afzuiginstallaties. Zij moeten, samen met doorzichtige plastic stroken, de tafels stofvrij houden. Stof is namelijk dodelijk voor lasers. Datzelfde geldt voor trillingen. Daarom staan de lasers op grote, 30 centimeter dikke trillingsgedempte tafels. "Het is een dure tak van sport. Eén zo'n tafel kost al 40 duizend gulden", wijst biofysicus Van Grondelle. Door de revolutionaire ontwikkelingen in de lasertechniek heeft zijn groep de afgelopen tien jaar de apparatuur vier keer vernieuwd. "Met onze vorige opstelling waren we vaak tot laat in de middag bezig met het instellen van een laser. Die werd bovendien na enkele uren instabiel. Dat was echt huilen soms." Op twee tafels vol met lasers, spiegeltjes, prisma's en bundelsplitsers onderzoekt zijn fotosynthesegroep hoe groene planten in hun chlorofyl zonne-energie omzetten in chemische energie. "Dit blijkt waanzirmig snel te gebeuren. D e stabiele fase is al bereikt binnen een picoseconde, ofwel een miljoenste van een miljoenste van een seconde." O m te achterhalen wat in die hele kleine tijdspanne precies gebeurt, maken de onderzoekers gebruik van een laser die ultrakorte lichtpulsen uitzendt met een grote herhalingsfrequentie: 250 duizend per seconde. "Het werkt net als bij fotograferen. Iets dat snel beweegt, fotografeer je met een zeer korte sluitertijd", legt Van Grondelle uit.

Kleurverandering Een eerste laserflitsje zet de reactie in werking. De minuscule kleurverandering die dat tot gevolg heeft, wordt vervolgens waargenomen met een tweede flitsje, slechts een fractie later. De extreem korte tijdverschillen zijn mogelijk door de tweede flits te laten weerkaatsen via een set spiegeltjes. Daardoor maakt het licht een kleine omweg. Omdat de spiegeltjes kunnen bewegen, kan een vertraging heel precies worden ingesteld. De werking van de fotocel van een plant ontrafelen, is waar Van Grondelle zich de komende vijf jaar op wil richten. "Als we dat kunnen doorgronden, IS dat voor ons echt de Holy Grail", zegt hij gedreven. Misschien biedt zijn onderzoek aanknopingspunten voor het ontwikkelen van een nieuw type zonnecellen. H e t kan volgens Van Grondelle ook leiden tot een computer die met een zeer snelle optische schakelaar op licht reageert. Philips toont hiervoor al belangstelling. Het Lasercentrum is een doolhof van gangetjes, opslag- , vergader- en laserruimtes. 'Laser orC melden waarschuwingsbordjes boven deuren. Omdat niet alle laserbundels zichtbaar zijn, beschermen speciale brillen de ogen en vinden proeven altijd plaats op tafelhoogte. Overal zijn promovendi bezig. Ze lezen hun metingen af van computerschermen. Het centrum werd in 1992 geopend en is sindsdien een aantal keren uitgebreid. Omdat het er de laatste jaren te

vol werd, zijn weer enkele nieuwe ruimtes toegevoegd. Die zijn sinds vorige maand in gebruik. Hiermee werd het vloeroppervlak ruim 1000 vierkante meter. Behalve de fotosynthesegroep verrichten drie andere groepen chemisch en fysisch onderzoek. Daarnaast zijn nog drie hoogleraren actief. "Een dergelijke bundeling van krachten is uniek in Nederland", zegt prof.dr. Wim Hogervorst, hoogleraar atoom- en laserfysica. Hij wordt binnenkort de officiële directeur van het centrum. Een helderder structuur bleek nodig in verband met de dit jaar ingediende aanvraag bij de Europese Unie voor erkenning als Large Scale Facility. Als die gehonoreerd wordt, geeft Brussel het lab in de toekomst ook geld. Er zullen dan nog vaker dan n u buitenlandse gasten komen. De onderzoekers in het Lasercentrum gebruiken regelmatig eikaars instrumenten en werken soms samen. D e fysicus prof.dr. Daan Lenstra (theoreticus) en fysisch chemicus prof dr. Steven Stolte (experimentator) stelden een gezamenlijk onderzoeksvoorstel op. "Vroeger mocht een componist niet zingen. Dat is gelukkig voorbij. Onze samenwerking is uiterst vruchtbaar", zegt Stolte tevreden. "We gebruiken een diodelaser. Die is vrij ordinair en wordt bijvoorbeeld ook gebruikt in cd-spelers en communicatieapparatuur. Wij maken deze lasers bewust ziek, ofwel chaotisch." Lenstra vult aan: "Dat wordt doorgaans beschouwd als hinderlijk. Wij onderzoeken waarom de laser instabiel is en welke maatregelen je daartegen kunt ontwikkelen. Omdat er structuur in de chaos blijkt te zitten, kun je er boodschappen in verbergen die een buitenstaander niet herkent. Iemand aan de andere kant kan die dan weer decoderen." Toepassingen zijn denkbaar voor zakendoen op Internet of voor banken die zo financiële geheimen of pincodes kunnen beveiligen.

Eén femtoseconde In een ander gedeelte van het lab volgt Stolte het verloop van chemische reacties van vrije moleculen. Hij doet dit met een laser die pulsjes van één femtoseconde produceert: 10-15 seconde. H e t gedrag van het molecuul wordt vervolgens zichtbaar gemaakt met een ion imaging-'pXaMó.tte.ctot. Ook brengt Stolte met lasers het gedrag van moleculen in gassen in kaart. "We gaan na hoe chemische reacties zich gedragen en hoe we h u n uitkomst van buitenaf kunnen beïnvloeden. In een elektrisch veld kun je vrije moleculen ruimtelijk oriënteren. M e t lasers onderzoeken we hoe goed dat gaat. Vervolgens laten we de moleculen met een bepaalde kant naar voren botsen met een ander deeltje of een oppervlak", demonstreert hij met een schroevendraaier in zijn hand in de rol van het georiënteerde molecuul. In zijn nieuwe labgedeelte toont prof. Hogervorst trots twee tafels met imposant ogende laseropstellingen. "Mijn groep probeert met laserlicht een nieuwe toestand van de materie te bereiken: Bose-Einstein-condensatie. Hierin verliezen atomen hun eigenschappen als individuele deeltjes. Dat gebeurt alleen maar als de atomen koud genoeg zijn en we voldoende atomen in een hoge concentratie bijeenbrengen. Wij proberen deze toestand te realiseren met zogeheten meterstabiele helium. W e zijn er nu redelijk dichtbij. Ik verwacht dat het nog dit jaar lukt." Het heliumatoom kan ook gebruikt worden om te etsen. "Want als zo'n atoom met een grote interne energie tegen een oppervlak botst, geeft dat daarin structuurwijzigingen. Door hiermee bewust te manipuleren, kun je met atomen als het ware schrijven op oppervlakken", verklaart Hogervorst. Dit leidt mogelijk tot nieuwe technieken voor de micro-elektronica. Naast 75 procent fundamenteel onderzoek verricht hij naar schatting 25 procent toegepast onderzoek. Zo ontwikkelde Hogervorst een succesvolle methode om met laserlicht kwikisotopen te scheiden. Hierop kreeg hij vorig jaar patent. Door de techniek kunnen waarschijnlijk om tlbuizen en spaarlampen goedkoper en milieuvriendelijker worden geproduceerd. Het onderzoek zette Hogervorst ertoeaan de tot dan toe gebruik-

Hoogleraar atoom- en laserfysica Wim Hogervorst in een deel van het Lasercentrum.

te laser te perfectioneren. Hij kan n u verschillende soorten licht maken met één systeem. Naast het lab van Hogervorst ligt het nieuwe labgedeelte van de onlangs benoemde hoogleraar toegepaste laserspectroscopie prof.dr. Cees Gooijer. Zijn groep gaat hier de vouwing van eiwitten onderzoeken. Dit gebeurt binnen het nieuwe onderzoeksproject naar bètacomplexiteit, waarin de divisies natuurkunde en scheikunde en de faculteit biologie samenwerken. Eiwitten zijn schakels van aminozuren. In de levende cel vouwen zij zich altijd op precies dezelfde manier, binnen ongeveer een seconde. "Zeer verwonderlijk en fascinerend", vindt Gooijer. "Want de kans dat een keten van honderd aminozuren dit spontaan precies zo doet is theoretisch pas na 1027 jaar." M e t name binnen de eerste milliseconde gebeurt heel veel. Dit tijddomein was tot 1995 nauwelijks toegankelijk. Pas met de verbeterde laserapparatuur is onderzoek hiernaar mogelijk geworden. "We koelen een eiwit af tot min 15 graden Celsius. Daardoor ontvouwt het zich. Vervolgens gooien we er met een gepulste laser in minder dan 10-10 seconde warmte op. Daardoor vindt de vouwing opnieuw plaats", legt Gooijer uit. "We labelen delen van het eiwit door er een fluorescerend vlaggetje aan te hangen. Dat gaat onder bestraling met ultraviolet laserlicht zelf licht uitzenden." Gooijer gebruikt lasers al langer voor analytisch chemisch onderzoek. Met

moderne lasers kunnen n u chemische stoffen in complexe monsters in extreem lage concentraties aangetoond worden. "In het milieuonderzoek gaat het steeds meer om de vraag in welke mate giftige stoffen in levende organismes worden opgenomen en welke afbraakproducten daarbij ontstaan", zegt hij. Samen met biologen onderzoekt hij bijvoorbeeld de manier waarop kankerverwekkende stoffen worden opge-

Sydney Vervuurt - AVC/VU

nomen in pissebedden. Daarvoor is het nodig de beestjes te bevriezen tot min 263 graden Celsius. "Met een laser kunnen we nu rechtstreeks in de organen van die beesten onderzoek doen. Voor de analytische chemie speelt de laserspectroscopie absoluut een grensverleggende rol."

De laser in de wetenschap Lasers zijn overal. Ze lezen de streepjescodes in de supermarkt, verhogen de sfeer op kermissen en houseparty's en worden door chirurgen gebruikt om te opereren. Bij laser, ofwel Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, gaat het om een zeer intense lichtbron waarbij licht uitgestraald wordt in één strakke, zeer geconcentreerde bundel van dezelfde golflengte. Albert Einstein behandelde als eerste licht niet meer als een continu golfverschijnsel, maar als een stroom lichtdeeltjes, fotonen genaamd. Pas in de jaren zestig slaagden wetenschappers erin de eerste laser te maken voor zichtbaar licht. Eerst alleen in het rood en later in een steeds groter golflengtegebied. Sinds begin jaren zeventig kwam het wetenschappelijk onderzoek met allerlei soorten lasers echt goed op gang. In navolging van de fysici ontdekten de chemici en later de biologen en medici de mogelijkheden. Aanvankelijk waren lasers enorme, uitermate gebruiks- en energieonvriendelijke apparaten.Vanaf de jaren tachtig heeft de apparatuur een ware revolutie doorgemaakt. M e t stabiele continulasers zijn n u uiterst precieze metingen mogelijk. Lasers die h u n straling met stoten uitzenden, kunnen nu extreem korte pulsjes leveren voor het bestuderen van razendsnelle processen.

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen