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 Neue Harmonien in der Optoelektronik
21.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten