Als atomen samengaan tot moleculen, delen ze de buitenste elektronen. Deze vormen een negatieve lading, waarin de elektronen tussen beide positief geladen kernen heen en weer flitsen, zodat men niet meer kan zeggen tot welke kern ze behoren: ze zijn gedelokaliseerd. Maar geldt dat ook voor de dichter bij de kern gelegen elektronen?
Zwerven elektronen door het molecuul of horen ze nog steeds tot een van de atoomkernen? Zijn ze lokaliseerbaar? Deze vraag is al sinds vijftig jaar omstreden, het leek bijna op een geloofsoorlog in wetenschapsland. Het vraagstuk is nu opgelost door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van atoomfysici uit Frankfurt. Het antwoord is verzoenend: zoals zo vaak in de kwantumtheorie is een ‘zowel als ook’ het juiste antwoord.
Voor de beantwoording van deze vraag werd bij een stikstofmolecuul (N2) het binnenste, dicht bij de kern gelegen elektron verwijderd. Dat gebeurde met hoog energetisch licht uit een synchrotron stralingsbron aan de Advanced Light Source van het Laurence Berkeley National Laboratory in Berkeley (Californië). Van deze foto-elektronen wordt vermoed dat ze tot een bepaalde kern horen en daarmee kunnen worden gelokaliseerd. Ze laten een gat achter in de binnenste kernbaan, die door een elektron uit een buitenschil wordt opgevuld.
Onder andere wordt daarbij een tweede elektron (Auger-elektron) met hoge snelheid uit het molecuul geschoten. Het Auger-elektron is een soort sonde die meet waar het aanvankelijke gat ontstond. Beide elektronen, het foto- en het Auger-elektron, vormen een gekruiste toestand, wat betekent, dat zodra men het ene heeft gemeten, men direct kan zeggen wat er met het tweede gebeurt. Deze door Einstein als spookwerking afgewezen voorspelling van de kwantumtheorie heeft men intussen met tweelingfotonen kunnen bewijzen.
Vrede onder wetenschappers
Een groep natuurkundigen van de Goethe Universität Fankfurt am Main is het met behulp van de in Frankfurt ontwikkelde Colmtrims- technologie voor het eerst gelukt om zulke gekruiste toestanden ook bij elektronen te bewijzen. Hun apparatuur maakte de banen van beide ontstane deeltjes zichtbaar. Volgens de fysici is de vraag of elektronen zijn gelokaliseerd of niet, alleen voor het gehele systeem te beantwoorden. Er bestaan echter ook gevallen waarbij men niet weet of het eerste elektron van het linker- of rechteratoom stamt. Dan is ook het tweede elektron gedelokaliseerd.
Met de details die achter deze experimenten steken, zijn de observaties van de laatste vijftig jaar met een uniform model te verklaren en te begrijpen, zodat beide fracties – die van de gelokaliseerde en van de gedelokaliseerde beeldvorming – weer kunnen worden verzoend.
