Kühlen mit Elektronen
Elektronenkühler für laserspektroskopische Messungen an Methyliden-Ionen.
Ein einsames, frei im kalten Raum schwebendes Molekül kühlt sich ab, indem es seine Rotation verlangsamt − es verliert spontan seine Rotationsenergie in Quantenübergängen, normalerweise nur alle paar Sekunden einmal. Dieser Prozess kann durch Stöße mit umgebenden Teilchen beschleunigt, verlangsamt oder sogar umgekehrt werden. In einem Experiment am ultrakalten Speicherring CSR haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik die Rate der Quantenübergänge durch Begegnungen zwischen Molekülen und Elektronen gemessen
Dazu brachten die Forschenden isolierte, geladene Moleküle unter kontrollierten Bedingungen bei etwa 26 Kelvin in Kontakt mit Elektronen. Auf diese Weise konnten sie diese bisher nur durch komplexe Berechnungen bekannte Rate hoch genug machen, um sie endlich in einem Experiment quantitativ zu bestimmen. Dazu untersuchten sie laserspektroskopisch die Besetzung von Quantenenergieniveaus in Methyliden-Ionen (CH+) während einer bis zu zehnminütigen Speicherzeit.
Da die spontanen Quantenübergänge elektromagnetische Strahlung erzeugen, sind sie auch mit Schwarzkörperanregungen der Moleküle verbunden. Die Elektronen konkurrieren also mit den allgegenwärtigen Strahlungswechselwirkungen, um über die Besetzung der Rotationsquantenniveaus in kalten Molekülen zu bestimmen. Daher sind die durch Elektronen verursachten Änderungsraten der Quantenniveaus von entscheidender Bedeutung für die Analyse der schwachen Signale von Molekülen im Weltraum, die von Radioteleskopen erfasst werden, oder für die Vorhersage der niveauabhängigen chemischen Reaktivität in dünnen, kalten Plasmen.
MPIK / JOL
