Novosibirsk (RUS) – Fotonsplitsing: natuurkundigen wisten dat het in theorie bestond, maar experimenteel was het nog nooit aangetoond. Een Russisch team van onderzoekers is daar nu wel in geslaagd.


Elementaire deeltjes kunnen voortdurend en willekeurig splitsen en samengaan en daarbij nieuwe deeltjes vormen. Volgens de kwantumveldentheorie kan zelfs een foton zich splitsen in twee nieuwe fotonen die samen evenveel energie bevatten als de originele. Maar het zou een zeldzaam fenomeen zijn. Een foton splitst zich dan in eerste instantie in een positron en een elektron. Deze kunnen heel even naast elkaar bestaan, maar zodra één van twee een foton uitstraalt, heffen ze elkaar op. Daarbij ontstaat nog een foton. Zo is één foton in drie tussenstappen gesplitst in twee fotonen.
In 1995 dachten de Russische onderzoekers van het Budker Institute of Nucear Physics in Novosibirisk al zoiets gezien te hebben als fotonsplitsing. Na extra onderzoek en langdurige analyse van hun resultaten zijn ze er nu zeker van. Ze hebben fotonsplitsing onomstotelijk aangetoond. Ze publiceren hun resultaten in Physical Review Letters van 5 augustus.
De onderzoekers lieten hoog energetische gammastraling een bismut germanaat (Bi₄Ge₃O₁₂) kristal passeren en zochten in de resulterende fotonenbundel naar fotonenparen die samen net zo veel energie bevatten als één origineel foton. Van de 1,6 miljard fotonen voldeden er 400 aan de optelsom.
Hoewel het dus een zeldzaam fenomeen is, was het aantal fotonsplitsingen genoeg om de praktijk te toetsen aan de bestaande theorieën. De resultaten bleken goed overeen te komen met de kwantumveldentheorie, de meest complete theorie voor het berekenen van deeltjesinteracties. Voor deze extreem complexe theorie gebruiken natuurkundigen vaak benaderingen. Een veel gebruikte benadering, de zogenaamde Born-benadering bleek de kans op fotonsplitsing met 20% te overschatten.

Jelka Lustenhouwer