Erstmals negativ geladene Wasserstoffcluster im Labor erzeugt

3. April 2017, 11:19
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Erfolg könnte bei der Suche nach dem lang ersehnten Nachweis für die Existenz von Wasserstoffclustern im Weltall helfen

Innbruck/Wien – Theoretische Vorhersagen für die Existenz schwach gebundener Wasserstoffstrukturen in kosmischen Gaswolken gibt es schon lange. Einer von der Universität Innsbruck geleiteten, internationalen Forschergruppe ist es nun gelungen, solche Strukturen im Labor herzustellen, wie die Wissenschafter im Fachjournal "Physical Review Letters" berichten.

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Für gewöhnlich tritt es in seiner molekularen Form auf, wobei zwei Wasserstoffatome über eine starke chemische Bindung ein stabiles Molekül bilden. Unter speziellen Umständen können sich jedoch auch exotischere Strukturen ausbilden: So kann ein einzelnes, negativ geladenes Wasserstoffatom eine ganze Schar von neutralen Molekülen an sich binden. Aufgrund der schwachen Wechselwirkung spricht man in diesem Fall allerdings nicht mehr von einem Molekül, sondern von einem Wasserstoffcluster.

Erster Blick auf Anordnung

Die Existenz solcher Cluster in dichten kosmischen Gaswolken wurde bereits theoretisch vorhergesagt, ein direkter Nachweis ist allerdings noch ausständig. Unter Laborbedingungen wiederum ist es zwar bereits gelungen, positiv geladene Cluster zu erzeugen, die negativ geladene Variante bereitete bisher jedoch Schwierigkeiten.

In der aktuellen Studie ist es den Forschern gelungen, Wasserstoffcluster mit einem negativ geladenen Atom im Zentrum zu erzeugen und deren Struktur zu analysieren. "Unsere Experimente zeigen, dass sich die Moleküle in regelmäßigen, geometrischen Strukturen um das zentrale Atom anordnen", sagte Koautor Paul Scheier von der Universität Innsbruck.

Hoffnung für die Astronomie

Um die Cluster zu erzeugen, versetzten die Forscher zunächst winzige Tröpfchen aus flüssigem Helium mit Wasserstoffmolekülen. Anschließend beschossen sie die Tröpfchen mit einem Elektronenstrahl und "zerbrachen" so einige der Moleküle in einzelne, negativ geladene Atome. Diese Atome fungierten quasi als Keime für die Clusterbildung, indem sie durch Polarisierung benachbarte Wasserstoffmoleküle an sich banden. Nach dem Verlassen des Heliumtröpfchens in das umgebende Vakuum konnten die Cluster in einem Massenspektrometer detektiert werden.

In Zukunft wollen die Forscher die neu geschaffenen Strukturen noch genauer analysieren. Dabei sollen vor allem spektroskopische Methoden im Mittelpunkt stehen, um zu untersuchen, wie sie mit Strahlung wechselwirken. "Wenn wir feststellen können, welches Licht die Cluster aussenden bzw. absorbieren, könnten wir den Astronomen sagen, wonach genau sie Ausschau halten sollen", so Scheier. Das würde die Chancen erhöhen, endlich den lang ersehnten Nachweis für die Existenz von Wasserstoffclustern im Weltall zu erbringen. (APA, 3.4.2017)

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