In het laboratorium van de Columbia-universiteit hielden natrium- en cesiummoleculen bij temperaturen van miljardsten van een graad boven het absolute nulpunt plotseling op te verdwijnen binnen fracties van een seconde. Wetenschappers onder leiding van Sebastian Will wisten hun levensduur meer dan duizendvoudig te verlengen — tot een volledige seconde en langer. Dit is niet zomaar een technisch record, maar een fundamentele verschuiving in de kwantumfysica.
Gewone ultrakoude moleculen botsen en reageren snel, waarbij ze in andere stoffen veranderen. Om dit te voorkomen pasten de onderzoekers een microgolf-‘deken’ toe: twee microgolfvelden vormen rond elk molecuul een beschermende laag die hen op korte afstand van elkaar afstoot. Daardoor blijft het monster stabiel en daalt de temperatuur tot 36 nanokelvin — slechts enkele nanokelvin boven het punt waarop de moleculen een bose-einsteincondensaat zouden moeten vormen.
Een dergelijke stabiliteit geeft toegang tot regimes waarin kwantumeffecten bijzonder duidelijk naar voren komen. Moleculen hebben een sterk dipoolmoment, waardoor hun wisselwerkingen over grote afstanden werken en nauwkeurig kunnen worden afgestemd. Dit maakt het mogelijk complexe kwantummaterialen te modelleren die op andere manieren niet te maken zijn — van supergeleiders tot nieuwe fasen van materie.
In het dagelijks leven klinkt dit abstract, maar juist zulke platforms liggen ten grondslag aan toekomstige kwantumsimulators en sensoren. Ze zullen helpen begrijpen hoe collectieve kwantumtoestanden in echte stoffen ontstaan, en leiden mogelijk tot nieuwe materialen met ongewone eigenschappen — van supergeleiding bij kamertemperatuur tot kwantumcomputers van een nieuwe generatie.
Nu de moleculen lang genoeg leven, kunnen experimentatoren hun zelforganisatie in druppels en zelfs kristalachtige structuren waarnemen. De volgende stap is een volledig moleculair condensaat vormen en de eigenschappen ervan in een sterk wisselwerkend regime bestuderen. Elke nieuwe meting brengt ons dichter bij het begrip van de kwantumwereld, waar de vertrouwde regels niet meer opgaan.
