Ein neuartiges Synchrotron für Moleküle haben Wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft vorgestellt. Darin haben sie einen Strahl von speziell behandelten, so genannten deuterierten Ammoniakmolekülen beschleunigt, abgebremst und auf der Kreisbahn gebündelt. Genau wie Synchrotrone in der Hochenergiephysik ist auch dieses Synchrotron ein Speicherring – doch statt hochenergetischer Ionen oder Elektronen speichert es Moleküle.
Die Energie der Moleküle ist mit wenigen Millielektronenvolt viel niedriger als bei Hochenergieteilchen, deren Energie mehrere Gigaelektronenvolt beträgt. Daher kommt das Molekülsynchrotron mit viel kleineren Dimensionen aus: Sein Ringumfang beträgt gerade einmal 80 Zentimeter, so die Forscher des Berliner Fritz-Haber-Instituts in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Physics online.
Wenn Atome und Moleküle auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, bewegen sie sich immer langsamer. Wissenschaftler fangen diese im Verhältnis zur Umgebung kalten Teilchen in Molekülfallen ein – eine solche Falle kann aus magnetischen, optischen und elektrischen Feldern bestehen. Damit ist auch ein elektrostatischer Speicherring ein Synchrotron, eine Molekülfalle. Er fängt Teilchen mit minimaler potentieller Energie allerdings nicht an einem einzigen Ort im Raum ein, sondern hält sie auf einer Ringbahn. Die Moleküle bewegen sich mit einer geringen Restgeschwindigkeit, fliegen aber nicht aus dem Ring heraus.
Das neue Berliner Molekülsynchrotron kann die Teilchen nicht nur speichern, sondern auch bündeln. Es besteht nämlich aus zwei Halbringen, die durch einen zwei Millimeter großen Spalt voneinander getrennt sind. Jedes Mal, wenn die Moleküle den Spalt passieren, verändern elektrische Felder die Geschwindigkeit der Moleküle: Sie beschleunigen die langsameren Moleküle, schnellere Moleküle bremsen sie ab. Nach 40 Runden, also ungefähr 30 Metern freien Fluges, ist die Wolke der deuterierten Ammoniakmoleküle im Speicherring über einen Bereich von nur drei Millimeter Länge verteilt – und immerhin besteht diese Wolke aus etwa einer Million Molekülen.
