Kollisionen mit Elektronen kühlen Molekülionen
Der ultrakalte Speicherring CSR am Max-Planck-Institut für Kernphysik, hinten der Elektronenkühler.
MPIK, Ralf Lackner
Laserspektroskopische Messungen an Methyliden-Ionen im CSR unter Einsatz des Elektronenkühlers.
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 MPI für Kernphysik die Rate der Quantenübergänge durch Begegnungen zwischen Molekülen und Elektronen gemessen, indem sie isolierte, geladene Moleküle unter kontrollierten Bedingungen bei etwa 26 Kelvin in Kontakt mit Elektronen brachten.
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 10-minütigen 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.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Ábel Kálosi
Tel.: +49 6221 516-504
E-Mail: abel.kalosi@mpi-hd.mpg.de
Dr. Oldřich Novotný
Tel.: +49 6221 516-547
E-Mail: oldrich.novotny@mpi-hd.mpg.de
Prof. Dr. Andreas Wolf
Tel.: +49 6221 516-503
E-Mail: andreas.wolf@mpi-hd.mpg.de
Originalpublikation:
Laser-probing the rotational cooling of molecular ions by electron collisions, Ábel Kálosi, Manfred Grieser, Robert von Hahn, Ulrich Hechtfischer, Claude Krantz, Holger Kreckel, Damian Müll, Daniel Paul, Daniel W. Savin, Patrick Wilhelm, Andreas Wolf, and Oldrich Novotný, Phys. Rev. Lett. 128, 183402 (2022), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.183402
Weitere Informationen:
https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.128.183402 Physics synopsis: Electron-Ion Collisions Measured in a Cryogenic Facility
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Ist der Abrieb von Offshore-Windfarmen schädlich für Miesmuscheln?
Rotorblätter von Offshore-Windparkanlagen unterliegen nach mehrjährigem Betrieb unter rauen Wetterbedingungen einer Degradation und Oberflächenerosion, was zu erheblichen Partikelemissionen in die Umwelt führt. Ein Forschungsteam unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts hat jetzt…
Per Tierwohl-Tracker auf der Spur von Krankheiten und Katastrophen
DBU-Förderung für Münchner Startup Talos… Aus dem Verhalten der Tiere können Menschen vieles lernen – um diese Daten optimal auslesen zu können, hat das Münchner Startup Talos GmbH wenige Zentimeter…
Mit Wearables die Gesundheit immer im Blick
Wearables wie Smartwatches oder Sensorringe sind bereits fester Bestandteil unseres Alltags und beliebte Geschenke zu Weihnachten. Sie tracken unseren Puls, unsere Schrittzahl oder auch unseren Schlafrhythmus. Auf welche Weise können…