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Molekülphysik: Kreisbeschleuniger für neutrale Teilchen

Molekül-Synchrotron
Wissenschaftlern des Fritz-Haber-Instituts in Berlin gelang erstmals die Beschleunigung und Bündelung von elektrisch neutralen Teilchen in einem Synchrotron.

Cynthia Heiner mit dem Molekül-Synchrotron | Cynthia Heiner beim Zusammenbau des Molekül-Synchrotron
Die Forschergruppe um Cynthia Heiner erzeugte innerhalb dieses nur 25 Zentimeter großen kreisförmigen Teilchenbeschleunigers einen Strahl aus Ammoniak-Molekülen von drei Millimetern Durchmesser. Ein speziell geformtes elektrisches Wechselfeld kontrolliert die Bewegung des Teilchenbündels, das sich mit einer Geschwindigkeit von knapp 90 Metern pro Sekunde auf einer etwa 80 Zentimeter langen Kreisbahn bewegt. Die heißeren Moleküle besitzen eine stärkere senkrechte Geschwindigkeitskomponente und verlassen nach und nach den Strahl. Zurück bleiben extrem kalte Ammoniak-Moleküle mit einer Temperatur von 0,5 Millikelvin, die für Molekularphysik und Chemie von besonderem Interesse sind.

Gewöhnliche Synchrotrone arbeiten mit elektrisch geladenen Teilchen, die durch elektrische und magnetische Felder beschleunigt und gelenkt werden. Die Idee eines neutralen Synchrotrons ist nicht neu, wurde wegen technischer Herausforderungen aber nie umgesetzt. Prinzipiell können alle Moleküle mit einem elektrischen Dipol durch hochfrequente elektrische Felder beschleunigt werden. Denkbare Anwendungen wären Kollisionen zwischen gegensätzlich bewegten Molekülen zum Studium ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. So wie die Entwicklung der klassischen Beschleuniger der Teilchenphysik einst zum Durchbruch verhalf, könnte das "molekulare Synchrotron" als Grundlage für ein völlig neues Forschungsgebiet dienen. (vs)

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