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Laserspektroskopie : Radioaktive Moleküle unter spektroskopischer Lupe

Isolde (Isotope Separator On Line Device) ist eine seit 1967 betriebene Einrichtung zur Erzeugung radioaktiver Strahlen kurzlebiger Nuklide. Jetzt werden hier auch radioaktive Moleküle erzeugt und untersucht. Bild: Maximilien Brice/CERN

Mit Laserstrahlen hat eine Forschergruppe erstmals ein kurzlebiges radioaktiv Molekül untersucht. Dabei stießen sie auf einen bislang unbekannten Energiezustand, der neue experimentelle Möglichkeiten eröffnet.

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          Nicht nur Atome können radioaktiv zerfallen, auch Moleküle unterliegen dem Zerfallsgesetz, wenn sie aus instabilen Nukliden bestehen. Während man radioaktive Atome mittlerweile vergleichsweise gut mit Laserstrahlen spektroskopisch untersuchen kann, gestaltet sich das für kurzlebige Moleküle deutlich schwieriger. Nun ist es einer internationalen Forschergruppe erstmals gelungen, ein solches radioaktives Molekül unter die laserspektroskopische Lupe zu nehmen und ihm wichtige Eigenschaften zu entlocken.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Als Forschungsobjekt diente den Forschern um Garcia Ruiz vom Massachusetts Institute of Technology und Robert Berger von der Universität Marburg radioaktives Radiumfluorid. Die untersuchten zweiatomigen Moleküle hatten – je nach dem beteiligten radioaktiven Radiumisotop – Halbwertszeiten von nur wenigen Tagen. Die Wahl auf Radiumflourid war nicht zufällig gefallen: Berechnungen hatte zuvor gezeigt, dass sich die elektronischen Zustände gerade bei Radiumfluorid  mit Laserstrahlen im Gegensatz zu den meisten Molekülen gut anregen lassen. 

          Laserkühlung radioaktiver Moleküle denkbar

          In ihren Experimenten, die an der Isolde-Anlage am europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf stattfanden, bestrahlten die Forscher künstlich erzeugtes Radiumfluorid mit abgestimmten roten und blauen Laserstrahlen. Die Energie des eingestrahlten Laserlichts wurde so lange variiert, bis die äußersten Elektronen ihren jeweiligen Platz in der Hülle der Moleküle verließen und geladene Ionen zurückblieben, die in einem Detektor nachgewiesen wurden.

          Auf diese Weise stieß die Forschergruppe, darunter auch Physiker aus Kassel, Greifswald und Mainz, auf einen bislang unbekannten angeregten Energiezustand beim Radiumfluorid. Dieser ließe sich, so schreiben Ruiz und seine Kollegen in der Zeitschrift „Nature“, dazu nutzen, Radiumfluorid mit Laserlicht bis zum Stillstand abzukühlen. So könnte man das radioaktive Molekül von der Umgebung isolieren und störungsfrei untersuchen. Damit wäre das Verfahren der Laserkühlung nicht länger nur auf Atome beschränkt  

          Damit würde unter anderem die Tür aufgestoßen für Präzisionsexperimente, etwa um fundamentale Fragen zu studieren, für die sich seit langem auch Teilchenphysiker interessieren. Dazu zählen unter anderem Fragen zur Symmetrieverletzung der im Molekül wirkenden Kräfte. Mit ihrem spektroskopischen Verfahren können die Forscher um Ruiz künftig auch Moleküle untersuchen, die nur wenige Millisekunden leben, bevor sie radioaktiv zerfallen.

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