Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eiskalte Chemie

02.02.2010
Austauschreaktion in Quantengas erstmals direkt beobachtet

Große Fortschritte in der Beherrschung ultrakalter Quantengase eröffnen einen neuen Weg zur Erforschung chemischer Reaktionen. Einem Team um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, eine chemische Austauschreaktion in einem ultrakalten Gas aus Cäsiumatomen und -molekülen direkt zu beobachten. Sie berichten darüber in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Wenn sich in chemischen Reaktionen Moleküle bilden oder umgekehrt molekulare Bindungen gelöst werden, ist dies normalerweise durch komplexe Prozesse bestimmt, die sich einer direkten Beobachtung weitgehend entziehen. Manche dieser Prozesse benötigen Energie (endotherme Reaktionen), andere wiederum setzen Energie frei (exotherme Reaktionen). Die großen Fortschritte bei der Erforschung ultrakalter atomarer und molekularer Gase ermöglichen es nun erstmals, elementare chemische Reaktionen vollständig kontrolliert zu realisieren, so dass sich dabei alle beteiligten Teilchen in einem genau definierten Quantenzustand befinden. Innsbrucker Quantenphysikern um Rudolf Grimm ist es gemeinsam mit amerikanischen Forschern nun erstmals gelungen, eine so genannte Austauschreaktion in einem Quantengas direkt zu beobachten und auch energetisch zu steuern. „Mit unserem Experiment konnten wir zeigen, dass die kontrollierte Reaktion ultrakalter Moleküle möglich ist“, freut sich Grimm gemeinsam mit seinem Team.

Reaktion direkt beobachtet
Die Wissenschaftler fangen dazu Cäsiumatome in einer Laserfalle ein und kühlen sie stark ab. Durch die Ausnutzung einer Feshbach-Resonanz bildet ein Teil der Atome paarweise Moleküle, sodass eine ultrakalte Teilchenwolke aus rund 4.000 Molekülen und 30.000 Atomen entsteht. Mit einem Mikrowellenimpuls werden die Atome in einen anderen Quantenzustand versetzt, ohne dass dadurch die Moleküle verändert werden. An diese Mischung aus Molekülen (A+A) und Atomen (B) legen die Experimentalphysiker ein Magnetfeld an, mit dem sie die Bindungsenergie der Moleküle sehr genau steuern können. Stossen die Moleküle und Atome nun miteinander zusammen, kommt es ab einer bestimmten Bindungsenergie zu einer einfachen Austauschreaktion. Die ursprünglichen Moleküle zerfallen zu Atomen (A) und es entstehen neue Moleküle (A+B). „Weil die Energie, die bei diesem exothermen Prozess frei wird, äußerst gering ist, verbleiben die Reaktionsprodukte in unserer Laserfalle“, erklärt Rudolf Grimm. „So konnten wir die chemische Reaktion erstmals direkt beobachten.“
Führend im Forschungsfeld Quantengase
Die Forschungsgruppe um den Wittgenstein-Preisträger Rudolf Grimm vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist federführend bei der Erforschung von ultrakalten Quantengasen. So gelang es ihr 2002 erstmals ein Bose-Einstein-Kondensat aus Cäsiumatomen herzustellen. Das erste Bose-Einstein-Kondensat aus Molekülen sowie ein Fermi-Kondensat folgten. Heute sind die Quantenphysiker in der Lage, auch komplexere Moleküle in ultrakalten Quantengasen herzustellen. „Hier tut sich ein ganz neues Forschungsfeld auf“, erklärt der Grundlagenforscher Grimm, „in dem wir mit Hilfe von ultrakalten Quantengasen sehr kontrolliert chemische Reaktionen in ihrer ganzen Vielfalt studieren werden können.“

Publikation: Magnetically Controlled Exchange Process in an Ultracold Atom-Dimer Mixture. S. Knoop, F. Ferlaino, M. Berninger, M. Mark, H.-C. Nägerl, R. Grimm, J. P. D'Incao, B. D. Esry. Physical Review Letters, 104, 053201 (2010). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.053201

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Rudolf Grimm
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Technikerstraße 21a, A-6020 Innsbruck
Tel: +43 512 507-6300 od. 4760
Email: rudolf.grimm@oeaw.ac.at
Dr. Christian Flatz
Public Relations
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Otto-Hittmair-Platz 1, 6020 Innsbruck, Austria
Mobil: +43 650 5777122
E-Mail: pr-iqoqi@oeaw.ac.at

Dr. Christian Flatz | IQOQI
Weitere Informationen:
http://www.iqoqi.at
http://www.ultracold.at
http://iqoqi.at/download

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Sternenstaub reist häufiger in Meteoriten mit als gedacht
15.08.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie