Een internationaal team van wetenschappers onder leiding van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een lang besproken anomalie opgelost in de manier waarop kernen draaien. De bevinding, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, zou implicaties kunnen hebben voor de fundamentele natuurkunde en de ontwikkeling van nieuwe technologieën zoals kwantumcomputers.

Kernen zijn de kleine, dichte kernen van atomen die protonen en neutronen bevatten. Protonen en neutronen hebben een eigenschap die spin wordt genoemd en die kan worden gezien als de rotatie van de deeltjes rond hun eigen as. In de meeste kernen heffen de spins van de protonen en neutronen elkaar op, wat resulteert in een totale kernspin van nul.

In bepaalde kernen heffen de spins van de protonen en neutronen echter niet volledig op, wat resulteert in een kernspin die niet nul is. Dit fenomeen staat bekend als nucleaire magnetische resonantie (NMR) en vormt de basis van een verscheidenheid aan belangrijke technologieën, zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en nucleaire magnetische resonantiespectroscopie (NMR-spectroscopie).

Decennia lang zijn wetenschappers verbaasd over een anomalie in de NMR-spectra van bepaalde kernen. Deze anomalie, bekend als het "uitdoven van het magnetische dipoolmoment", treedt op wanneer de kernspin wordt verminderd door de aanwezigheid van een extern magnetisch veld.

Het door Argonne geleide team van wetenschappers heeft deze anomalie nu opgelost door aan te tonen dat deze wordt veroorzaakt door de interactie tussen de kernspin en de elektronen in het atoom. Deze interactie, die bekend staat als de hyperfijne interactie, kan ervoor zorgen dat de kernspin wordt uitgelijnd met of tegen het externe magnetische veld, wat resulteert in een vermindering van het nucleaire magnetische moment.

Deze bevinding zou implicaties kunnen hebben voor de fundamentele natuurkunde, omdat het nieuwe inzichten biedt in de interacties tussen kernen en elektronen. Het zou ook praktische toepassingen kunnen hebben, zoals de ontwikkeling van nieuwe materialen voor kwantumcomputers en andere technologieën.

"Dit is een belangrijke doorbraak waar al tientallen jaren aan wordt gewerkt", zegt Samrat Sharma, natuurkundige en co-auteur uit Argonne. "We zijn verheugd om eindelijk de oorsprong van deze anomalie te begrijpen en de mogelijke implicaties ervan voor wetenschap en technologie te onderzoeken."

De studie werd gefinancierd door het Office of Science van het Amerikaanse ministerie van Energie en de National Science Foundation.