02.07.2021

Synthese von protoniertem Wasserstoff

Wasserstoffion gilt als wichtiger Baustein für die Entstehung von Leben im Universum.

Eine neue Methode zur Bildung von pro­toniertem Wasserstoff (H3+) hat die Attoworld-Forschungsgruppe „Feldauf­gelöste Nanospek­troskopie“ unter der Leitung von Matthias Kling vom Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Univer­sität, in Zusammenarbeit mit der American University Sharjah, entdeckt. Durch starke Laserpulse lösten die Forscher eine bimolekulare Reaktion zwischen Wasser­molekülen aus, die an Nanopartikeloberflächen angeheftet waren. Mit diesem Szenario haben die Laserphysiker die Verhältnisse im Weltraum nachgestellt, wo Eis- und Staubpartikel hochenerge­tischer Strahlung ausgesetzt sind und sich dadurch proto­nierter Wasserstoff bildet.

Abb.: Proto­nierter Wasser­stoff bildet sich durch intensive...
Abb.: Proto­nierter Wasser­stoff bildet sich durch intensive Laser­bestrahlung von Wasser­molekülen auf Nanoteilchen. (Bild: A. Alnaser, AUS)

Im Universum ist es eisig und die Strahlung unerbärmlich. Was auf den ersten Eindruck äußerst lebens­feindlich klingt, könnte durchaus die Entstehung des Lebens begünstigen. So bildet sich unter den extremen Bedingungen in den Weiten des Kosmos protonierter Wasser­stoff. Dieses ionisierte Molekül besteht aus drei Protonen und zwei Elektronen und hat die Struktur eines gleich­seitigen Dreiecks. Die hohe Reaktivität von proto­niertem Wasserstoff begünstigt die Bildung komplexerer Kohlenwasser­stoffe, und gilt damit als wichtiger Baustein für die Entstehung von Leben im Universum.

Auf der Erde wurde H3+ bisher nur mittels organischer Moleküle oder in starken Wasserstoff­plasmen erzeugt. Nun haben die Laserphysiker einen neuen Mechanismus für die Produktion von H3+ auf Nanoteilchen gefunden, der die Bedingungen im Weltraum nachstellt, und so neue Einblicke in den Entstehungs­prozess des Moleküls ermöglicht. Dazu bestrahlten die Physiker Wassermoleküle auf Silizium­dioxid-Nanoteilchen mit extrem starken und ultrakurzen Femtosekunden-Laser­pulsen. Das Licht des Lasers wirkte ähnlich der hochener­getischen Strahlung im Weltraum; es führte zur Ionisation und Aufspaltung des Wassers auf den Nanoteilchen. In einer bimole­kularen Reaktion entstanden so aus jeweils zwei Wassermolekülen ein protoniertes Wasserstoff­molekül H3+. „Unsere Experimente zeigen, dass die Produktion von H3+ auf vereisten Staub­teilchen ohne weitere Zutaten möglich ist. Wir können daraus lernen, wie die Entstehung komplexer Moleküle im Weltraum begünstigt wird.“, sagt Kling.

MPQ / JOL

Weitere Infos

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen