Neuartige Laserkühlung für komplexe Systeme

Atome auf den absoluten Temperatur-Nullpunkt, also Null Kelvin oder -237 Grad Celsius zu bringen, gelingt durch die Kühlung mit Laserlicht. Dieser Vorgang wird mittlerweile als äußerst effektives Werkzeug für atomare Gase genutzt wie auch bei Experimenten, in denen kalte Atome unter anderem für Präzisionsmessungen verwendet werden. Doch bislang konnten nur Atome entsprechend abgekühlt werden.

Nun konnte ein internationales Forscherteam, dem auch Professor Regina de Vivie-Riedle vom Department Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München angehört, die Technik erstmals auch direkt auf Moleküle übertragen. Auf diesem Weg können jetzt Einblicke in die innere Struktur von Molekülen sowie die Abläufe chemischer Reaktionen gewonnen werden. Die neu entwickelte Methode erweitert so das Spektrum: Damit können die Bewegung von Molekülen durch den Raum sowie deren Schwingungs- und Rotationsbewegung gleichzeitig gekühlt werden.

Das Verfahren beruht auf der Kombination aus Laserlicht und einem optischen Resonator, der aus zwei hochwertigen Spiegeln besteht. In deren Zwischenraum können alle Zustände eines Moleküls gezielt mit Hilfe der hochpräzisen Laser kontrolliert und so die Bewegungen auf ein Minimum reduziert werden. Die Ergebnisse basieren auf hochmodernen quantenchemischen Simulationen für ein Testmolekül, das so genannte OH-Molekül. "Sie zeigen, dass in Sekundenbruchteilen Schwingung und Rotation im OH-Molekül vollständig gekühlt werden können", so de Vivie-Riedle. "Gleichzeitig erfolgt die Kühlung der externen Bewegung auf Temperaturen von wenigen Mikrokelvin. Unser Ansatz eröffnet neue Perspektiven für die Präparation und Kontrolle ultrakalter komplexer Systeme."

COMPAMED.de; Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München