Hij kwam acht jaar geleden vanuit Boekarest naar Nederland om met een beurs van de Vrije Universiteit in Amsterdam te gaan studeren. Inmiddels is Gabriel Taban (32) volledig geïntegreerd: de aimabele Roemeen spreekt vloeiend Nederlands, geeft roeitraining op de Amstel in zijn woonplaats Amsterdam, en wil niet meer uit Nederland weg. “Hier kan ik me als professional en als mens beter ontwikkelen dan in Roemenië”, zegt hij.

Deeltjesversnellers vormen de rode draad in Tabans carrière in Nederland. Zijn verklaring hiervoor geeft een inkijkje in geesteswereld van de Roemeen: het ging hem vooral om het esthetische aspect, zegt hij: “Ik klink vast niet als een echte wetenschapper, maar op de een of andere manier vind ik de geometrie van zo’n bundel deeltjes heel mooi; het is voor mij een beeld van schoonheid.” Dus aarzelde hij niet toen hij voor zijn afstudeerproject in Amsterdam kon werken met een ionenversneller. Daarna verkaste hij voor twee jaar naar Utrecht, opnieuw voor een versnellerproject. Uiteindelijk vond hij aan de TU/e een promotieplek in wat sinds vorig jaar de Coherence and Quantum Technology Groep heet, bij de faculteit Technische Natuurkunde.

“Daar hadden ze een vernieuwend concept bedacht: het onttrekken van een elektronenbundel uit een ultrakoud gas van rubidiumatomen.” Uit een wolkje koude atomen, zo was de gedachte, kun je koude elektronen halen. En het voordeel van koude elektronen is dat ze niet zo hard alle kanten op bewegen, en je ze daardoor heel nauwkeurig op een te bestuderen doel kunt sturen. “We wilden een elektronenbundel maken waarmee je processen kunt ‘fotograferen’ die zich heel snel en op heel kleine schaal afspelen, zoals het vouwproces van eiwitten.”

Alzheimer
Eiwitten spelen een belangrijke rol bij allerlei processen in het menselijk lichaam en om te kunnen functioneren, moeten ze zichzelf in de juiste vorm vouwen. Soms gaat er iets mis in het vouwproces, wat kan leiden tot ziektes als Alzheimer. Om bijvoorbeeld gerichter te kunnen zoeken naar een medicijn tegen deze aandoening, wil je kunnen zien hoe de eiwitvouwing precies in zijn werk gaat. Dat kan met röntgenstraling, maar ook met een elektronenbundel, aldus Taban.

“Twee dingen zijn daarbij belangrijk”, zegt hij. “Je hebt koude elektronen nodig, die je heel nauwkeurig kunt focusseren op de plek die je wilt bestuderen. Tegelijk wil je moleculen die snel bewegen toch scherp kunnen afbeelden. Daarvoor heb je een korte sluitertijd nodig, om in termen van fotografie te blijven.” Snelle bewegingen kun je volgen door korte elektronenpulsjes te gebruiken. Om de bewegingen van moleculen vast te leggen, mogen de pulsjes niet langer duren dan ongeveer een tiende picoseconde (een picoseconde is een miljoenste van een miljoenste seconde, red.).

Maar zo’n superkorte puls moet wel genoeg elektronen bevatten om een heldere afbeelding te kunnen maken. “Het is alsof je in het donker wilt fotograferen: het is goed te doen om iets te fotograferen wat stilstaat, zoals een gebouw: je gebruikt dan gewoon een lange sluitertijd. Maar dat werkt niet voor bewegende objecten. Daar heb je een flits voor nodig.” Hoe sneller de beweging en hoe korter de sluitertijd, des te feller moet de flits zijn om in die korte tijd toch genoeg licht -of elektronen- te leveren. En dat is een flinke uitdaging.

Helderheid
De ‘helderheid’ van een elektronenbundel -de belangrijkste maat voor de kwaliteit- kan volgens Taban worden vergroot door meer elektronen in de bundel te stoppen. Maar ook door de bundel in korte pulsjes op te delen -hierdoor is de elektronendichtheid tijdens de pulsen veel hoger- en door de temperatuur van de gebruikte elektronen te verlagen. “Bij de meeste experimenten proberen ze vooral meer elektronen in de bundel te krijgen en de doorsnede van de bundel te verkleinen. Het unieke aan ons experiment is dat we ons met name richten op de temperatuur van de elektronen. Als je die kunt halveren, wordt de helderheid van de bundel twee keer zo groot.” Aangezien de temperatuur van elektronen in standaard elektronenbundels al snel tienduizend graden is, valt nog veel winst te behalen met een koude elektronenbron.

Bij Coherence and Quantum Technology hadden ze al ervaring met het afkoelen van atomen met behulp van lasers. De natuurkundigen gebruiken de kracht die licht uitoefent op atomen om een wolkje atomen te vangen op een plek waar zes laserbundels bij elkaar komen. Voeg hieraan een magneetveld toe en je hebt een zogeheten magneto-optische val, waarin je grofweg een miljard atomen kunt vangen in een gaswolkje met een doorsnede van een millimeter.

Het wolkje ultrakoude atomen waaruit Taban de elektronen losmaakte, had een temperatuur van ongeveer een duizendste graad boven het absolute nulpunt (-273 graden Celsius). Hij onttrok de elektronen door het koude gas te beschijnen met een laserpuls met net genoeg energie om elektronen los te maken uit de greep van hun atomen: een proces dat foto-ionisatie wordt genoemd. Taban: “In theorie maak je zo elektronen die ongeveer even koud zijn als de atomen. De elektronen warmen echter nog wel een paar graden op doordat ze zich herverdelen over het wolkje.”

Elektronenpuls
De elektronen die de Roemeen met de laserpuls maakte, trok hij vervolgens uit de koude atoomwolk weg met een continu aangelegd elektrisch veld. Zo ontstond een gepulste elektronenbundel. “Deze methode werkte op zich prima, maar de pulsjes waren nog niet kort genoeg om de bewegingen van moleculen te kunnen volgen. Dat komt doordat de tijdsduur van de laserpuls bepalend was voor de lengte van de elektronenpuls.” En die laserpuls duurde vijf nanoseconde; heel kort, maar toch zeker duizend keer langer dan gewenst.

“Daarom hebben we het aan het eind van mijn promotie anders aangepakt”, vertelt Taban. “In plaats van een laserpuls hebben we een sterk gepulst elektrisch veld gebruikt om de elektronen van de atomen te scheiden: dat wordt veld-ionisatie genoemd.” Daarvoor moesten de atomen wel speciaal worden voorbereid: met laserlicht werden de elektronen in een wijde baan om de atomen gebracht, zodat het elektrische veld alleen nog maar het laatste zetje hoefde te geven voor ionisatie. “Voordeel hiervan was dat we het elektrische veld heel snel kunnen schakelen, zodat we pulsjes van vijftig picoseconden konden maken.” Al weet hij nog niet zeker of dat ook werkelijk is gelukt, moet Taban toegeven: “We konden zulke korte pulsen in het lab nog niet meten. We weten wel zeker dat we met deze methode kortere pulsen hebben gemaakt, maar nog niet hoe kort. Mijn collega’s zijn nu bezig met een meetsysteem waarmee we dat nauwkeurig kunnen meten.”

De Roemeen heeft besloten het onderzoek de rug toe te keren. “Ik geloof niet dat ik een echte ‘hardcore’ wetenschapper ben.” Hij kwam er tijdens zijn promotie achter dat hij het liefst met en voor mensen werkt. “Ik zou bijvoorbeeld graag kinderen met een leerachterstand te ondersteunen en ze motiveren door helden uit de wetenschap, cultuur en sport als voorbeelden te gebruiken. Dat lijkt me belangrijk en mooi werk.”/.