OPTIMAS Quantenphysiker beobachten erstmals Schmetterlingsmoleküle

Bei Temperaturen von nur wenigen milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt eröffnet sich die Welt der Quantenmechanik. „Dabei können Phänomene beobachtet werden, die sich sonst dem Betrachter verschließen“, sagt der Physiker Professor Dr. Hewig Ott, der an der TU Kaiserslautern mit seiner Arbeitsgruppe die mikroskopische Struktur von ultrakalten Quantengasen erforscht. Ein Beispiel dafür sind sogenannte Schmetterlingsmoleküle, die die Kaiserslauterer Wissenschaftler des Landesforschungszentrums OPTIMAS zusammen mit ihren amerikanischen Kollegen nun erstmals beobachtet haben. „Diese exotischen Moleküle entstehen bei sogenannten Rydbergatomen, bei denen ein Elektron mittels eines Lasers auf weit entfernte Bahnen um den Atomkern gebracht wird und durch Stöße mit einem Atom in der Umgebung wechselwirkt“, so Ott. Dieser Bindungsmechanismus ist noch nicht lange bekannt und kann mit keinem  herkömmlichen chemischen Modell beschrieben werden.

In diesen Molekülen verteilt sich das Elektron derart im Raum, dass seine Aufenthaltswahrscheinlichkeit die Form eines Schmetterlings widerspiegelt. „Solche Moleküle weisen außergewöhnliche Eigenschaften bezüglich ihrer Bindungslänge und ihrer elektrischen Wechselwirkung auf“, sagt der Physiker. Sie erlauben nicht nur Einblicke in eine neue Klasse  fundamentaler chemischer Prozesse, sondern bieten in der Zukunft auch neuartige Ansätze in der physikalischen Grundlagenforschung und der Quanteninformationsverarbeitung. 

Die Arbeit der Kaiserslauterer Forscher und ihrer Kollegen wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
TITEL: „Observation of pendular butterfly Rydberg molecules“
DOI: 10.1038/NCOMMS12820

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Prof. Dr. Herwig Ott

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