Ionen­falle ermög­licht eine Minute im Nano­kos­mos

„Die lange Speicherdauer ermöglicht nun detaillierte Untersuchungen von Prozessen im Inneren der Tröpfchen“, erklärt Matthias Veternik, PhD-Student und Erstautor der Studie. „Erste Analysen zeigen, dass Stöße mit dem Restgas in der Vakuumkammer sowie Infrarot-absorbierende Moleküle und Cluster im Helium – etwa Wassermoleküle – die Lebensdauer der Tröpfchen begrenzen. Dieses Verständnis ist entscheidend, um die Fallentechnik weiter zu optimieren.“ Die Untersuchungen wurden unterstützt von Lutz Schweikhard von der Universität Greifswald, der mit seiner langjährigen Erfahrung im Bau und Anwendung von Ionenfallen eine maßgebliche Rolle bei der Entwicklung des neuen Geräts spielte.

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Test bestanden

Mit dem neuen Aufbau lassen sich künftig chemische Reaktionen und spektroskopische Eigenschaften von Molekülen in ultrakalten Heliumtröpfchen deutlich präziser und über längere Zeiträume hinweg untersuchen. Bereits geplant ist der nächste Entwicklungsschritt: „Durch das Einbauen von Detektionszylindern in die Ionenfalle können wir die durchlaufenden, hochgeladenen Heliumtröpfchen anhand eines induzierten Signals vermessen und so sowohl das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis als auch die Ladung jedes einzelnen Helium-Nanotröpfchens bestimmen“, erklärt Elisabeth Gruber, die kürzlich mit einem FWF-ASTRA-Award ausgezeichnet wurde, um diese Technik weiterzuentwickeln. „Damit wollen wir erstmals Einblicke in die zeitliche Entwicklung geladener Heliumtröpfchen gewinnen und eine neue Form der Nanokalorimetrie entwickeln.“

„In die Innsbrucker Experimente sind viele Erfahrungen eingeflossen, die meine Arbeitsgruppe während der jahrzehntelangen Entwicklung und Anwendung des hier verwendeten Ionenfallentyps bei der Massenmessung von exotischen Atomkernen am Forschungszentrum CERN bei Genf sowie bei Untersuchungen der Eigenschaften atomarer Cluster im Greifswalder Labor sammeln konnte“, so Professor Schweikhard, ein Experte auf dem Gebiet der Ionenfallentechnik, der dem Team in Österreich mit seiner langjährigen Expertise als Berater zur Seite stand. „Die durch das Projekt entwickelte längere Speicherung von Helium-Nanotröpfchen ist ein großer Schritt in Richtung präziserer Untersuchungen, die sich nicht nur auf das Gebiet der Physik beziehen“, ergänzt Matthias Veternik, Erstautor der Publikation. [U Innsbruck / U Rostock / dre]