Trio kalt erwischt
Quantenmechanische Bindungszustände der Atome unmittelbar nach der Drei-Teilchen-Kollision in ultrakaltem Gas bestimmt.
Bei der Dreikörperrekombination fliegen drei Atome aufeinander zu: Zwei davon reagieren chemisch zu einem Molekül und das dritte transportiert einen Teil der dabei entstandenen Energie ab. Das neu gebildete Molekül kann sehr viele verschiedene quantenmechanische Zustände einnehmen, die Physiker nun erstmals untersucht haben. „Wir arbeiten mit ultrakalten Gasen, damit die Ausgangsbedingungen für die Reaktion exakt definiert sind“, erklärt Johannes Hecker Denschlag, Leiter des Ulmer Instituts für Quantenmaterie.
Abb.: Modell der Dreikörperrekombination (Bild: U. Ulm)
Die neue Methode umfasst mehrere Schritte in einer Ultrahochvakuumapparatur: Die Wissenschaftler kühlen ein Gas aus Rubidiumatomen mit einem Laserstrahl auf eine Temperatur von einem Millionstel Grad Kelvin ab und halten es dann in einer Falle gefangen. So bildet sich eine ultrakalte, kleine Wolke von etwa hunderttausend Atomen. Sie hat einen Durchmesser von weniger als einem zehntel Millimeter und schwebt in der gut isolierten Vakuumapparatur. Bilden sich nun Moleküle in hochangeregten Zuständen, so lassen sie sich mit Hilfe eines Lasers nachweisen. Die Wissenschaftler stellen dazu den Laser auf bestimmte Frequenzen ein, ionisieren damit zustandsselektiv einzelne Moleküle und detektieren sie anschließend in der Ionenfalle.
Ideengeber der neuen Methode war Kommissar Zufall: „Beim Arbeiten mit kalten Atomen tauchten in unserer Ionenfalle plötzlich Molekülionen auf, die wir zunächst nicht erwartet hatten. Bald wurde klar, dass wir es hier mit Reaktionsprodukten aus Dreikörper-Stößen zu tun hatten. Wir suchten also nach Möglichkeiten, die Signale im Detail zu verstehen und zu einer Methode auszubauen. Hier kam uns die Spektroskopie-Expertise unseres Partners zugute, Professor Eberhard Tiemann aus Hannover“, erinnert sich Hecker Denschlag.
Abb.: Johannes Hecker Denschlag leitet das Institut für Quantenmaterie an der Uni Ulm. (Bild: Eberhardt/kiz)
„Aber nicht nur die Zusammenarbeit im SFB TR-21, sondern auch das Netzwerk des Centers für Integrierte Quantenwissenschaft und -technologie, IQST, hat unsere Forschung gestützt“, fährt Hecker Denschlag fort. Die Mitglieder von IQST wollen Synergien zwischen Chemie, Elektroingenieurwesen, Mathematik und Physik nutzen, um so die Quantenwissenschaft als Ganzes voranzubringen.
U Ulm / CT
