Chandrasekhara Venkata Raman bestudeerde niet alleen licht. Hij liet het praten.
In 1930 won deze Indiase natuurkundige de Nobelprijs voor de natuurkunde. Het was de eerste keer dat een wetenschapper uit Azië won in de wetenschappen. De prijs was niet voor een nieuwe machine of een nieuw element. Het was voor een subtiele verandering in hoe licht zich gedraagt. Wanneer licht door helder materiaal gaat, verstrooit een deel ervan en verandert het van kleur. Dit is het Raman-effect.
Het klinkt nu eenvoudig. Toen was het een revolutie.
Ramans werk gaf wetenschappers een manier om de vingerafdruk van moleculen te zien. Je hebt geen enorme deeltjesversneller nodig om hem vandaag de dag te gebruiken. Je hebt alleen een laser en een detector nodig. Het wordt in alles gebruikt, van farmaceutische producten tot kunstconservering. Maar daarvoor moest je de man achter de ontdekking begrijpen.
Van student tot ambtenaar
Raman werd geboren in 1888 in Trichinopoly, nu Tiruchirappalli. Hij kwam uit een Tamil-brahmaanse familie. Zijn vader gaf natuurkunde en wiskunde. Dat doet ertoe. Het betekende dat de jonge C.V. Raman had wetenschap in zijn dinergesprek.
Hij bewoog zich snel. Hij voltooide de middelbare school op 11-jarige leeftijd. Op 13-jarige leeftijd ging hij naar het Presidentency College in Madras. Op 18-jarige leeftijd had hij een masterdiploma in natuurkunde. Hij publiceerde zelfs zijn eerste artikel toen hij nog studeerde. Het verscheen in Philosophical Magazine. Het was het eerste artikel van zijn universiteit dat in een internationaal tijdschrift verscheen.
Maar banen voor wetenschappers in Brits-Indië waren schaars. Daarom trad hij in 1907 toe tot het ambtenarenapparaat. Hij werkte bij de Indiase financiële dienst in Calcutta. Het was een bureaubaan. Een saaie bureaubaan, volgens de meeste normen.
Hij stopte niet.
Terwijl hij spreadsheets invulde, deed hij onderzoek naar lichtdiffractie en de fysica van muziekinstrumenten. Dat deed hij bij de Indian Association for the Cultivation of Science (IACS). Zijn bijwerk kreeg aandacht. In 1917 verliet hij de financiële dienst. Hij werd professor aan het Rajabazar Science College van de Universiteit van Calcutta.
Hij richtte in 1926 ook het Indian Journal of Physics op. Hij bouwde de infrastructuur voor de Indiase wetenschap.
De blauwe zee en de lucht
Het pad naar de Nobelprijs begon met een vakantie.
In 1921 reisde Raman naar Engeland. Hij ging via de Middellandse Zee. Hij merkte iets vreemds op. De zee was diep en diepblauw. De lucht was lichter van kleur.
Wetenschappers zeiden destijds dat de kleur van de oceaan voortkwam uit de weerspiegeling van de lucht. Raman heeft het niet gekocht.
Hij voerde experimenten uit met gepolariseerd licht. Hij bewees dat het water zelf het licht verstrooide. Het was geen spiegel. Het waren moleculen. Hij verfijnde de verklaring waarom de zee er blauw uitziet. Het veranderde de manier waarop we naar optica kijken.
Deze reis vormde de weg voor zijn echte doorbraak. Hij dacht al na over de interactie van licht met materie. In 1922 publiceerde hij Molecular Diffraction of Light. Het was de eerste van vele onderzoeken naar verstrooid licht.
Het Raman-effect uitgelegd
In 1928 begonnen Raman en zijn leerling K.S. Krishnan deed de ontdekking.
Ze lieten monochromatisch licht (een enkele golflengte) door een transparant materiaal gaan. Het meeste licht ging onveranderd door. Maar een klein deel verspreidde zich.
Hier is de sleutel. Het verstrooide licht veranderde van golflengte.
Deze verschuiving vond plaats omdat de lichtmoleculen interactie hadden met de moleculen van het materiaal. Ze absorbeerden of droegen energie over. Het licht verloor of kreeg een beetje energie. Die verandering in energie betekende een verandering in kleur.
Raman noemde het ‘Een nieuwe straling’. Het werd gepubliceerd in het Indian Journal of Physics.
Dit fenomeen wordt nu Raman-verstrooiing genoemd. Het is het resultaat van het Raman-effect.
Waarom maakt het uit? Omdat elk molecuul een unieke signatuur heeft. Als je licht op een stof laat schijnen en de verschuiving meet, weet je wat die stof is. It is non-destructive. It is precise. Het werd een fundamenteel hulpmiddel in de spectroscopie.
Beyond the Nobel
Ramans naam is verbonden met de natuurkunde. Maar zijn werk omvatte verschillende terreinen.
He looked at acoustics. Hij analyseerde Indiase klassieke instrumenten als de tabla en veena. Hij legde uit hoe hun ontwerp harmonische boventonen produceerde. Hij gaf wetenschap aan traditie.
Hij keek naar kristallografie. Hij bestudeerde roosterdynamiek. Dit beschrijft hoe atomen trillen in vaste stoffen. Hij bevorderde het begrip van fononen. Dit zijn gekwantiseerde trillingseenheden. Het was de sleutel voor de vastestoffysica.
Hij ontwikkelde ook de Raman-Nath-theorie samen met natuurkundige N.S. Nagendra Nath. Het werd gepubliceerd tussen 1935 en 1936 en legde uit hoe licht buigt wanneer het door ultrasone golven gaat. Dit principe helpt nu bij akoestisch-optische apparaten.
Een erfenis gebouwd op mentorschap
Raman werd in 1929 tot ridder geslagen. Hij won de Hughes Medal en de Franklin Medal. In 1954 ontving hij de Bharat Ratna. India’s hoogste burgerlijke onderscheiding.
Maar zijn grootste geschenk waren misschien wel de mensen die hij trainde.
In 1933 verhuisde hij naar Bangalore. Hij leidde de afdeling natuurkunde van het Indian Institute of Science (IISc). Hij breidde onderzoeksprogramma’s uit. Hij begeleidde toekomstige reuzen.
Homi J. Bhabha studeerde bij hem. Vikram Sarabhai studeerde bij hem.
Ramans neef, Subrahmanyan Chandrasekhar, werd ook door hem beïnvloed. Chandrasekhar bracht tijd door in het laboratorium van Raman. Ze debatteerden over de theoretische aspecten van het Raman-effect. Chandrasekhar ging verder met het bestuderen van de evolutie van sterren. Hij won de Nobelprijs in 1983.
Raman richtte in 1934 de Indian Academy of Sciences op. Na zijn pensionering bij IISc richtte hij in 1948 het Raman Research Institute (RRI) op. Hij was directeur tot aan zijn dood.
Hij stierf op 21 november 1970 in Bangalore.
India viert nu op 28 februari de Nationale Wetenschapsdag. Het markeert de ontdekking van het Raman-effect. The date is not random. Het eert de dag waarop de wereld besefte dat licht van toon kon veranderen.
Raman bewees dat je geen perfect laboratorium nodig hebt om de wetenschap te veranderen. You just need curiosity. En de bereidheid om naar de zee te kijken en je af te vragen wat je ziet.
