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Quantenphysiker der TU Kaiserslautern beobachten erstmals Schmetterlingsmoleküle

Professor Dr. Herwig Ott Quelle: TU Kaiserslautern

Die Abbildung zeigt, die Elektronenverteilung in einem Rydbergatom. Sie ähnelt einem Schmetterling. Quelle: AG Ott

Physiker der TU Kaiserslautern um Professor Dr. Herwig Ott haben gemeinsam mit Forscherkollegen um Professor Dr. Chris Greene von der US-amerikanischen Purdue University erstmals eine neuartige Form von Molekülen beobachten können. Diese sogenannten Schmetterlingsmoleküle entstehen, wenn Elektronen mittels Laserstrahlung auf eine weit vom Atomkern entfernte Bahn gebracht werden und mit Atomen in der Umgebung wechselwirken. Dieser Bindungsmechanismus wurde erst kürzlich entdeckt und kann mit gängigen chemischen Modellen nicht beschrieben werden. Die Arbeit der Forscher wurde nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Bei Temperaturen von nur wenigen milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt eröffnet sich die Welt der Quantenmechanik. „Dabei können Phänomene beobachtet werden, die sich sonst dem Betrachter verschließen“, sagt der Physiker Professor Dr. Herwig Ott, der an der TU Kaiserslautern mit seiner Arbeitsgruppe die mikroskopische Struktur von ultrakalten Quantengasen erforscht. Ein Beispiel dafür sind sogenannte Schmetterlingsmoleküle, die die Kaiserslauterer Wissenschaftler zusammen mit ihren amerikanischen Kollegen nun erstmals beobachtet haben. „Diese exotischen Moleküle entstehen bei sogenannten Rydbergatomen, bei denen ein Elektron mittels eines Lasers auf weit entfernte Bahnen um den Atomkern gebracht wird und durch Stöße mit einem Atom in der Umgebung wechselwirkt“, so Ott. Dieser Bindungsmechanismus ist noch nicht lange bekannt und kann mit keinem herkömmlichen chemischen Modell beschrieben werden.

In diesen Molekülen verteilt sich das Elektron derart im Raum, dass seine Aufenthaltswahrscheinlichkeit die Form eines Schmetterlings widerspiegelt. „Solche Moleküle weisen außergewöhnliche Eigenschaften bezüglich ihrer Bindungslänge und ihrer elektrischen Wechselwirkung auf“, sagt der Physiker. Sie erlauben nicht nur Einblicke in eine neue Klasse fundamentaler chemischer Prozesse, sondern bieten in der Zukunft auch neuartige Ansätze in der physikalischen Grundlagenforschung und der Quanteninformationsverarbeitung.

Die Arbeit der Kaiserslauterer Forscher und ihrer Kollegen wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht: „Observation of pendular butterfly Rydberg molecules“.
DOI: 10.1038/NCOMMS12820


Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Herwig Ott
Fachbereich Physik
Tel.: 0631 205-2817
E-Mail: ott(at)physik.uni-kl.de

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