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Chemische Austauschreaktion Austauschreaktion in Quantengas erstmals direkt beobachtet

| Redakteur: Marion Henig

Die Beherrschung ultrakalter Quantengase könnte einen neuen Weg zur Erforschung chemischer Reaktionen eröffnen. Einem Team um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, eine chemische Austauschreaktion in einem ultrakalten Gas aus Cäsiumatomen und -molekülen direkt zu beobachten.

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Beim Zusammenstoß eines Moleküls (zwei blaue Kugeln) mit einem Atom (einzelne rote Kugel) kann ein Atom ausgetauscht werden. So entsteht ein neues Molekül (rote plus blaue Kugel) und ein Atom (einzelne blaue Kugel) wird freigesetzt. Bei dem Innsbrucker Experiment findet dieser Prozess bei Temperaturen von weniger als einem Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt statt.
Beim Zusammenstoß eines Moleküls (zwei blaue Kugeln) mit einem Atom (einzelne rote Kugel) kann ein Atom ausgetauscht werden. So entsteht ein neues Molekül (rote plus blaue Kugel) und ein Atom (einzelne blaue Kugel) wird freigesetzt. Bei dem Innsbrucker Experiment findet dieser Prozess bei Temperaturen von weniger als einem Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt statt.
( Bild: Österreichische Akademie der Wissenschaften )

Innsbruck/Österreich – Wenn sich in chemischen Reaktionen Moleküle bilden oder umgekehrt molekulare Bindungen gelöst werden, ist dies normalerweise durch komplexe Prozesse bestimmt, die sich einer direkten Beobachtung weitgehend entziehen. Fortschritte bei der Erforschung ultrakalter atomarer und molekularer Gase ermöglichen es nun erstmals, elementare chemische Reaktionen vollständig kontrolliert zu realisieren, so dass sich dabei alle beteiligten Teilchen in einem genau definierten Quantenzustand befinden: Innsbrucker Quantenphysikern um Rudolf Grimm ist es gemeinsam mit amerikanischen Forschern nun erstmals gelungen, eine Austauschreaktion in einem Quantengas direkt zu beobachten und auch energetisch zu steuern. „Mit unserem Experiment konnten wir zeigen, dass die kontrollierte Reaktion ultrakalter Moleküle möglich ist“, freut sich Grimm gemeinsam mit seinem Team.

Reaktion direkt beobachtet

Die Wissenschaftler fangen dazu Cäsiumatome in einer Laserfalle ein und kühlen sie stark ab. Durch die Ausnutzung einer Feshbach-Resonanz bildet ein Teil der Atome paarweise Moleküle, sodass eine ultrakalte Teilchenwolke aus rund 4000 Molekülen und 30 000 Atomen entsteht.

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