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Molekülionen im Speicherring schockgefrostet

30.06.2009
Schnelle Kühlung der Rotation von Molekülionen durch Wechselwirkung mit Elektronen wurde erstmals im Schwerionen-Speicherring TSR des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg beobachtet.

Diese Art von Laborastrophysik hilft, die physikalischen und chemischen Eigenschaften kalter interstellarer Materie besser zu verstehen.

Die Wechselwirkung von Molekülionen mit freien Elektronen nimmt für das Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften kalter astrophysikalischer Umgebungen wie z. B. interstellaren Molekülwolken eine Schlüsselrolle ein.

Während Elektron-Ion-Rekombination in den beiden letzten Jahrzehnten in Speicherring- und Fallenexperimenten sehr detailliert untersucht wurde, ist das Wissen über den Energieaustausch zwischen langsamen Elektronen und der inneren Bewegung (Rotation und Vibration) von Molekülionen recht begrenzt. Forscher des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK), des Weizmann Institute of Science in Rehovot (Israel) und drei weiterer Institutionen haben nun gemeinsam erste quantitative Resultate für schnelle Elektronen-Kühlung der Rotation von einfach geladenen HD-Molekülionen publiziert.

Im Schwerionen-Speicherring TSR des MPIK wurde ein HD-Molekülionenstrahl mit kalten Elektronen einer Temperatur von 33 K (-240°C), d. h. 33 Grad über dem absoluten Nullpunkt, überlagert. Durch die Wechselwirkung mit den Elektronen reduzierte sich die Rotationstemperatur der Ionen innerhalb von nur 8 Sekunden von anfänglichen 1200°C auf -150°C und stabilisierte sich auf diesem niedrigen Wert unter gleichzeitiger Einwirkung der Wärmestrahlung bei 300 K Umgebungstemperatur.

Dabei laufen die Ionen pro Sekunde etwa 175000mal durch das Kältebad der Elektronen. Die Kühlung durch sogenannte superelastische Kollisionen, wobei sich ein Anteil der Energie aus der Rotationsbewegung des Ions auf die lineare Bewegung des Elektrons überträgt, wird durch theoretische Rechnungen, motiviert durch das aktuelle Experiment, sehr gut beschrieben.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Wolf
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel: (+49)6221-516-503
Fax: (+49)6221-516-852
E-Mail: andreas.wolf@mpi-hd.mpg.de
Prof. Dr. Daniel Zajfman
Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel
Tel: (+972)8-934-3951
Fax: (+972)8-934-4100
E-Mail: daniel.zajfman@weizmann.ac.il
Weitere Informationen:
http://Weitere Informationen:
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.102.223202 Orginalveröffentlichung
http://www.mpi-hd.mpg.de/blaum/members/molecular-qd/index.en.html Arbeitsgruppe von Prof. Andreas Wolf

http://www.weizmann.ac.il/particle/molecule/ Arbeitsgruppe von Prof. Daniel Zajfman

Dr. Bernold Feuerstein | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.weizmann.ac.il
http://www.mpi-hd.mpg.de

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