Bahnbrechende Kontrolle über chirale Moleküle eröffnet neue Forschungsperspektiven: ein Durchbruch des Fritz-Haber-Instituts

BerlinWissenschaftler am Fritz-Haber-Institut haben einen bedeutenden Fortschritt in der Molekülphysik erzielt, indem sie eine beispiellose Kontrolle über chirale Moleküle erlangt haben. Diese Moleküle existieren in zwei Formen, die spiegelbildlich zueinander sind und als Enantiomere bezeichnet werden. Sie spielen sowohl in der Biologie als auch in der Industrie eine wichtige Rolle. Die Fähigkeit, diese Moleküle auf quantenmechanischer Ebene zu steuern, stellt einen großen Erfolg dar, der zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen führen könnte.

Die Forscher nutzten eine Kombination aus speziellen Mikrowellenfeldern und ultravioletter Strahlung, um einen reinen Quantenzustand von 96% eines Enantiomers zu erreichen, bei dem nur 4% des anderen Enantiomers beigemischt sind. Diese Präzision galt als theoretisch möglich, aber praktisch unerreichbar. Der Erfolg basierte auf nahezu perfekten experimentellen Bedingungen, einschließlich:

• Moleküle wurden auf eine Rotations-Temperatur von etwa 1 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt.
• Belichtung mit resonanter UV- und Mikrowellenstrahlung in drei verschiedenen Interaktionsbereichen.
• Unterdrückte Rotationsbewegungen, maximierte Kontrolle über den Quantenzustand.

Diese Entwicklung könnte die Trennung von Enantiomeren in der Gasphase verbessern und verschiedene Forschungsgebiete beeinflussen. Sie könnte beispielsweise dazu genutzt werden, das unterschiedliche Verhalten chiraler Moleküle aufgrund der Paritätsverletzung zu untersuchen, ein Phänomen, das bisher noch nicht beobachtet wurde. Ein erfolgreicher Nachweis könnte unser Verständnis von grundlegenden Asymmetrien im Universum erweitern.

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Diese Methode kann die Medikamentenherstellung erheblich verbessern. Viele Arzneimittel haben spiegelbildliche Versionen, aber normalerweise funktioniert nur eine Version im Körper. Traditionelle Methoden zur Trennung dieser Versionen sind zeitaufwändig und kostspielig. Die Fähigkeit, diese Versionen auf der kleinsten Ebene zu steuern, kann diesen Prozess beschleunigen und resultiert in reineren und wirksameren Medikamenten.

Diese Entdeckung hat weitreichende Auswirkungen auf Chemie und Physik. Sie ermöglicht neue Methoden für Experimente mit Molekularstrahlen und verbessert unser Verständnis darüber, wie Moleküle interagieren und sich verhalten. Durch die präzise Steuerung mit Mikrowellen- und UV-Strahlung könnte bedeutender Fortschritt in der Quantencomputing-Technologie erzielt werden. Moleküle mit spezifischen Quantenzuständen könnten als Qubits, die grundlegenden Einheiten eines Quantencomputers, genutzt werden.

Die Forschungen am Fritz Haber Institut zeigen, dass eine hochpräzise Steuerung des Transfers enantiomerspezifischer Zustände in chiralen Molekülen nun praktisch möglich ist und nicht nur theoretisch bleibt. Dieser bedeutende Fortschritt dürfte weitere Forschungen und Innovationen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen antreiben und stellt einen wichtigen Meilenstein in der Untersuchung und Nutzung chiraler Moleküle dar.