Moleküle im "Tiefschlaf" beobachten

27. September 2008, 10:10
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Innsbrucker Forscher versetzen Rubidium-Atome ins Bose-Einstein-Kondensat und können dann mittels "Laser-Stoß" gezielt manipuliert werden

Innsbruck/Wien - Moleküle quasi im "Tiefschlaf" - also in einem stabilen Grundzustand - untersuchen derzeit Wissenschafter des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck um Johannes Hecker Denschlag und Rudolf Grimm. Dadurch offenbaren die analysierten Rubidium-Atome und -Moleküle grundlegende Eigenschaften etwa was chemische Bindungen angeht. Die vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Untersuchungen wurden in der jüngsten Ausgabe der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Schon seit einigen Jahren nutzen Wissenschafter weltweit den von Albert Einstein und Nath Bose 1924 vorhergesagten exotischen Materiezustand "Bose-Einstein-Kondensat" (BEC), um grundlegende Eigenschaften der Materie zu erforschen. "Anfangs gelang das mit Atomen, später auch mit Molekülen", erklärte Hecker Denschlag. Bis jetzt standen nur äußerst fragile Moleküle für Experimente mit ultrakalten Quantengasen zur Verfügung. Damit waren weitere Experimente und Messung schwierig, da die Teilchen sehr leicht zerfielen.

Atome im Lasergitter

Ausgangspunkt für die neuen Experimente ist ein BEC aus Rubidium-Atomen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius. Über dieses Kondensat wird mit Lasern ein dreidimensionales, optisches Gitter gelegt, wobei an jedem Gitterplatz zwei Atome zu liegen kommen. Mit Hilfe eines kontrollierten Laserimpulses werden diese Atome dann in ein sehr schwach gebundenes Molekül überführt.

Durch einen weiteren Laserpuls werden diese Moleküle dann quasi in den Tiefschlaf versetzt, von den Wissenschaftern "tiefgebundener Triplett-Grundzustand" genannt. Anschließend stehen sie für weitere Experimente zur Verfügung, so der Physiker. Im Grundzustand besitzen die Teilchen die niedrigst mögliche Vibrations- und Rotationsenergie und sind deshalb besonders stabil. "Wir nähern uns mit diesem Experiment jenem Bereich, in dem wir mehrere Moleküle sehr kontrolliert miteinander reagieren lassen können, ohne dass sie sofort zerfallen", so Hecker Denschlag.

So könnten in Zukunft chemische Reaktionen von komplexen Molekülen in bisher ungekannter Präzision studiert und gesteuert werden. Weitere mögliche Anwendungen ultrakalter Grundzustandsmoleküle liegen in Präzisionsmessungen und beim Bau von Quantencomputern sowie in der Beschreibung völlig neuer Materiezustände. (APA/red)

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