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Musikalische Moleküle
Kernphysiker machen Molekülschwingungen hörbar
Erstmals konnten Forschern am Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik die Frequenzen einer Molekülschwingung analysieren. Zur Veranschaulichung haben sie die Schwingungen eines Wasserstoffmoleküls hörbar gemacht.
Zum ersten Mal ist es Forschern des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik gelungen, die Frequenzen einer Molekülschwingung zu analysieren. Zur Veranschaulichung haben sie diese sogar hörbar gemacht. Im Internet kann nun jeder den Schwingungen eines Wasserstoffmoleküls lauschen.
Eine Molekülschwingung unterscheidet sich physikalisch betrachtet kaum von einem Musikakkord: Die Töne, aus denen sich ein Akkord zusammensetzt, sind in der Physik mit den Frequenzen oder auch Quantenzuständen eines Moleküls vergleichbar.
Die Atome in einem Molekül schwingen in bestimmten Frequenzen, die zusammen die Molekülschwingung erzeugen. Die Forscher haben es nun geschafft, die Quantenzustände eines Wasserstoffmoleküls genau zu bestimmen. Um die Frequenzen zu analysieren, werden ultrakurze Laserimpulse, welche nur etwa ein Millionstel Teil einer Milliardstel Sekunde dauern, verwendet. Um das Ergebnis ihrer Forschungsarbeit zu veranschaulichen haben die Forscher die Molekülschwingung in einen MusikÂakkord verwandelt, den es nun im Internet zum Anhören gibt. Das Lauter- und Leiserwerden der Tonsignale (Schwebungen) entspricht dabei dem Abstand der gegeneinander schwingenden Atomkerne des Moleküls.
Seit 2002 arbeiteten die Forscher mit einer Gruppe der Kansas-State-University an dem Projekt zu Molekülschwingung. Durch die Arbeit mit weltweit konkurrenzfähigen ultrakurzen Laserimpulsen und einer Zeitauflösung des Experiments unter 0,1 Femtosekunden liegen die Forscher damit in der internationalen Spitzengruppe. „Erstmals ist es uns nun gelungen, nicht nur die Bewegung des Moleküls abzufilmen sondern auch die räumliche Verteilung der beteiligten Quantenzustände und deren Frequenzen aus den Messdaten zu extrahieren,“ so Bernold Feuerstein vom Max-Planck-Institut.
Die Forscher sind ihrem Ziel, chemische Reaktionen mit Laserimpulsen zu manipulieren, ein Stück näher gekommen. Künftig könnte so die Aktivität eines Enzyms durch Laserfelder gezielt gesteuert werden. „Quantendynamik ist die Basis aller wesentlicher Prozesse in der Chemie und der Molekularbiologie,“ erklärt Feuerstein. In Zukunft werde die Quantendynamik die Rolle einer „Basiswissenschaft“ in vielen Disziplinen übernehmen.