Frankfurter Physiker entwickeln Reaktionsmikroskop

Ein Röntgenstroboskop für Moleküle

Für die stärkste Röntgenquelle der Welt, die zur Zeit für über eine Milliarde Euro am Forschungszentrum DESY in Hamburg entsteht, entwickeln Frankfurter Physiker ein Reaktionsmikroskop, mit dem sie extrem schnelle Prozesse in Molekülen "filmen" können. Ausgangspunkt ist die in Frankfurt entwickelte spektroskopische COLTRIMS-Methode (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy), die für diese Zwecke weiterentwickelt wird. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben mit insgesamt knapp zwei Millionen Euro.

Einzelne Atome, Moleküle oder Cluster sollen mit den sehr intensiven Laserpulsen der Röntgenquelle XFEL angeregt werden. Mit dem Reaktionsmikropskop werden dann die Richtung und Energie aller geladenen Fragmente rekonstruiert. Das Besondere ist: Die Detektoren, Elektronik und Datenaufnahme sind bereits jetzt in der Lage, mehrere Teilchen gleichzeitig nachzuweisen. Durch die Kombination von COLTRIMS mit den am European XFEL zu Verfügung stehenden Lichtpulsen mit einzigartigen Intensitäten, Wiederholraten und Photonenenergien wird es erstmals möglich sein, Mehrteilchensysteme wie etwa Moleküle oder Cluster extrem effizient und kontrolliert in Teilprozesse zu zerlegen, die sich auf extrem kurzen Zeitskalen von Femtosekunden abspielen. Eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde.

"Eine der großen Herausforderungen in fast allen aktuellen Forschungsgebieten der Physik und Chemie ist es, die korrelierte Dynamik von Vielteilchensystemen zu untersuchen", erklärt Projektleiter Prof. Reinhard Dörner vom Institut für Kernphysik der Goethe-Universität. Er vergleicht die Situation mit einem Fußballspiel, von dem man mit bisherigen Methoden nur ein einziges Standbild eines einzigen Spielers aufnehmen konnte. Will man aber den Verlauf des Spiels beobachten oder gar vorhersagen, in welche Richtung ein Pass gehen wird, muss man die Positionen und Geschwindigkeiten aller beteiligten Spieler kennen. Ebenso verhält es sich, wenn man viele der grundlegenden Mechanismen in der Physik und Chemie verstehen will, sei es die Dynamik chemischer Reaktionen oder die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie.

Informationen:
Prof. Reinhard Dörner, Institut für Kernphysik, Campus Riedberg, doerner@atom.uni-frankfurt.de.

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