Chemie extrem! Moleküle im Weltraum und im Labor

Der Raum zwischen den Sternen ist gefüllt mit einer Mischung aus Gas und Staub. In interstellaren Wolken verdichtet sich dieses Gemisch, und neue Sterne und Planeten entstehen. Neben einfachen Atomen beobachtet man im interstellaren Gas zunehmend komplexere Moleküle und organische Verbindungen. In Experimenten am Cryogenic Storage Ring (CSR) werden die extremen Bedingungen des Weltraums nachgebildet, um Antworten auf Schlüsselfragen der Astrophysik zu finden. Wie funktionieren chemische Reaktionen bei sehr niedrigen Temperaturen? Woher stammt das Wasser in unseren Ozeanen?

Wie wiegt man ein Atom?

Das PENTATRAP-Experiment bestimmt die Massen von einer Vielzahl von Atomen – den Bausteinen unserer Welt – mithilfe einer Penningfalle. Hierbei werden einzelne Ionen gefangen und gemessen, wie oft sie pro Sekunde einen Kreis in der Falle beschreiben. Bestimmte Atommassen werden untersucht, um Fragen zu klären, wie z. B. nach der Masse eines Neutrinos, oder um Einsteins berühmte Beziehung zwischen Energie und Masse (E = mc²) zu testen.

Wie groß ist ein Atomkern?

Die Idee eines atomaren Aufbaus der Materie reicht zurück bis in die Antike. Es dauerte allerdings bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts bis zur Entdeckung der Atomkerne. Von den Rutherfordschen Streuversuchen über das Protonenradius-Rätsel bis hin zu Messungen der Zemach-Radien von Helium und Beryllium in Penning-Fallen soll ein Überblick über die mikroskopische Welt der Atomkerne gegeben werden.

Ein Gefängnis für Ionen – Untersuchung des Elektrons unter extremen Bedingungen

Bei ALPHATRAP fangen wir einzelne Ionen ein und lassen sie im Vakuum monatelang an einer Stelle schweben. So können wir die magnetische Eigenschaft des Elektrons messen, während das Elektron an einen schweren Atomkern gebunden ist. Durch den schweren Atomkern befindet sich das Elektron in einem elektrischen Feld, das über 100 mal so stark ist wie die stärksten von Menschen gemachten Felder. Das ist etwa 100 Milliarden mal so stark wie ein Blitz!
So lassen sich physikalische Berechnungen und experimentelle Ergebnisse im Extremen Vergleichen.

Auf der Spur der verschwundenen Antimaterie – Eine Reise zur Anti-Elektron-Falle

Wir leben in einem Universum aus Materie, allerdings erwarten wir eine gleiche Verteilung von Materie und Antimaterie. Dies widerspricht unseren Beobachtungen und deutet auf neue spannende Physik hin. Hier am LSym-Experiment wollen wir Eigenschaften wie Ladung und Masse des Elektrons und seines Antiteilchens, dem Positron, auf bisher beispiellose Genauigkeit vergleichen. Für solch eine Vergleichsmessung wird eine Penningfalle verwendet, die uns ermöglicht, diese Teilchen unter genau kontrollierbaren Bedingungen zu untersuchen.

Chemie extrem! Moleküle im Weltraum und im Labor

Der Raum zwischen den Sternen ist gefüllt mit einer Mischung aus Gas und Staub. In interstellaren Wolken verdichtet sich dieses Gemisch, und neue Sterne und Planeten entstehen. Neben einfachen Atomen beobachtet man im interstellaren Gas zunehmend komplexere Moleküle und organische Verbindungen. In Experimenten am Cryogenic Storage Ring (CSR) werden die extremen Bedingungen des Weltraums nachgebildet, um Antworten auf Schlüsselfragen der Astrophysik zu finden. Wie funktionieren chemische Reaktionen bei sehr niedrigen Temperaturen? Woher stammt das Wasser in unseren Ozeanen?