Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker sind elementaren quantenchemischen Prozessen bei der Dreikörperrekombination auf der Spur

24.06.2013
Dank einer innovativen Methode können Wissenschaftler um den Ulmer Physiker Professor Johannes Hecker Denschlag erstmals elementare Schritte der Molekülbildung bei der Dreikörperrekombination nachvollziehen.

Ein neuartiger Versuchsaufbau, der eine Falle für kalte neutrale Atome und für Ionen kombiniert, macht es möglich: Die Wissenschaftler sind erstmals in der Lage, quantenmechanische Bindungszustände der Atome unmittelbar nach der Drei-Partikel-Kollision in einem ultrakalten Gas exakt zu bestimmen.


Modell der Dreikörperrekombination
Grafik: Uni Ulm

Bisher konnte man lediglich das Endprodukt nach etlichen Zustandsänderungen, so genannten Relaxationsprozessen, beobachten. Die Neuerung dient vor allem der Grundlagenforschung und ermöglicht ein vertieftes Verständnis komplexer chemischer Prozesse. Der Fachartikel der Wissenschaftler aus Ulm und Hannover ist in dem renommierten Journal „Nature Physics“ erschienen.

Bei der so genannten Dreikörperrekombination fliegen drei Atome aufeinander zu: Zwei Atome reagieren chemisch zu einem Molekül und das dritte transportiert einen Teil der dabei entstandenen Energie ab. Das neu gebildete Molekül kann sehr viele verschiedene quantenmechanische Zustände einnehmen, die die Physiker nun erstmals untersucht haben. „Wir arbeiten mit ultrakalten Gasen, damit die Ausgangsbedingungen für die Reaktion exakt definiert sind“, erklärt Johannes Hecker Denschlag, Leiter des Ulmer Instituts für Quantenmaterie.

Die neue Methode umfasst mehrere Schritte in einer Ultrahochvakuumapparatur: Die Wissenschaftler kühlen ein Gas aus Rubidiumatomen mit einem Laserstrahl auf eine Temperatur von einem Millionstel Grad Kelvin ab und halten die Atome dann in einer Falle gefangen. So bildet sich eine ultrakalte, kleine Wolke von etwa hunderttausend Atomen. Sie hat einen Durchmesser von weniger als einem zehntel Millimeter und schwebt in der gut isolierten Vakuumapparatur. Bilden sich nun Moleküle in hochangeregten Zuständen, so können sie mit Hilfe eines Lasers nachgewiesen werden. Die Wissenschaftler stellen dazu den Laser auf bestimmte Frequenzen ein und ionisieren damit zustandsselektiv einzelne Moleküle, die anschließend in der Ionenfalle detektiert werden.

Ideengeber der neuen Methode war „Genosse Zufall“: „Beim Arbeiten mit kalten Atomen tauchten in unserer Ionenfalle plötzlich Molekülionen auf, die wir zunächst nicht erwartet hatten. Bald wurde klar, dass wir es hier mit Reaktionsprodukten aus Dreikörper-Stößen zu tun hatten. Wir suchten also nach Möglichkeiten, die Signale im Detail zu verstehen und zu einer Methode auszubauen. Hier kam uns die Spektroskopie-Expertise unseres Partners Professor Eberhard Tiemann aus Hannover zugute“, erinnert sich Johannes Hecker Denschlag.

Die aktuelle Fachpublikation ist ein Produkt des kürzlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) um vier Jahre verlängerten Sonderforschungsbereichs/ Transregio 21 „Kontrollierte Wechselwirkung in maßgeschneiderter Quantenmaterie“. Neben Ulm sind die Universitäten Stuttgart (Sprecherhochschule), Tübingen und das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart an dem Sonderforschungsbereich (SFB) beteiligt. „Aber nicht nur die Zusammenarbeit im SFB, sondern auch das Netzwerk des Centers für Integrierte Quantenwissenschaft und –technologie, IQST, hat unsere Forschung gestützt“, so Hecker Denschlag. Die Mitglieder von IQST wollen Synergien zwischen Chemie, Elektroingenieurwesen, Mathematik und Physik nutzen, um so die Quantenwissenschaft als Ganzes voranzubringen.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Denschlag, Tel.: 0731 50-26100, johannes.denschlag@uni-ulm.de

A. Härter, A. Krükow, M. Deiß, B. Drews, E. Tiemann & J. Hecker Denschlag: Population distribution of product states following three-body recombination in an ultracold atomic gas. Nature Physics (2013). doi:10.1038/nphys2661

Annika Bingmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2661.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise