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Tanz der Moleküle: Kasseler Professor erforscht Verbindungen kleinster Teilchen

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Von: Katja Rudolph

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Einblicke in chemische Reaktionen: Physikprofessor Jochen Mikosch – hier an einem Spektrometer – forscht, was genau auf molekularer Ebene passiert, wenn neue Verbindungen entstehen.
Einblicke in chemische Reaktionen: Physikprofessor Jochen Mikosch – hier an einem Spektrometer – forscht, was genau auf molekularer Ebene passiert, wenn neue Verbindungen entstehen. © Ralph Günther, FVB

Der Kasseler Physikprofessor Jochen Mikosch will besser verstehen, was genau bei chemischen Reaktionen passiert. Dafür lässt er die Moleküle in einem neuartigen Labor in Oberzwehren tanzen.

Kassel – Im Keller des Uni-Standorts AVZ in Oberzwehren richtet Jochen Mikosch derzeit eine Disco ein. Dort will er künftig den Teilchen beim Tanzen zusehen. Der Professor für Strukturelle Molekulare Dynamik will wissen, wie genau bei chemischen Reaktionen neue Verbindungen zwischen den Atomen und Molekülen entstehen. Zwar ist bereits gut erforscht, welche Moleküle miteinander reagieren und welche neuen Verbindungen sie eingehen. Aber wie sie zueinanderfinden, ist im Detail noch unklar.

Das will der 44-Jährige ändern, der im vergangenen Jahr mit einer renommierten Heisenberg-Professur der Deutschen Forschungsgemeinschaft nach Kassel gekommen ist. Mikosch benutzt das Bild einer Disco, um sein Forschungsvorhaben zu veranschaulichen: „Bislang hat die Wissenschaft die Tänzerinnen und Tänzer nur vor dem Club untersucht, nämlich beim Hineingehen und beim Herauskommen“, sagt er. „Daraus hat man Rückschlüsse gezogen, wer wie mit wem getanzt hat. Jetzt machen wir das Licht im Club an.“

Und dafür entsteht im Keller der Uni nun ein neuartiges Laserlabor. Auch ein selbst entworfenes Reaktions-mikroskop bauen Mikosch und sein Team dafür. Damit wollen sie künftig Bilder vom Tanz der Moleküle machen. Es geht vor allem darum, neue Erkenntnisse über die sogenannten Übergangszustände zu gewinnen. So nennt man die Phase, in der die einzelnen Moleküle nicht mehr in ihren Ausgangsstrukturen vorliegen, aber auch noch nicht zu den Reaktionsprodukten verbunden sind.

In diesem extrem kurzen Zeitfenster entscheidet sich der Ausgang einer chemischen Reaktion. Doch wie genau die Moleküle neue Bindungen formen, ist noch nie gelungen zu beobachten. Theoretisch gibt es bereits Modelle dafür: in der Fachsprache ist die Rede von direkter Attacke oder indirekter Komplexbildung. Ähnlich wie in der Disco kann man einen potenziellen Partner eben plump antanzen oder aber zunächst ein paar Mal dezent umkreisen, bis es zur Annäherung kommt.

Erkenntnisse über die molekularen Annäherungs- und Umlagerungsmechanismen zu gewinnen, ist vor allem wegen des sogenannten Startzeit-Dilemmas so schwer, erläutert Mikosch. Weil die Reaktionspartner räumlich und zeitlich und mehr oder weniger zufällig aufeinander treffen, ist es schwierig, diese mit Laserpulsen zu kontrollieren.

Um dieses Problem zu lösen, kombiniert das Kasseler Forschungsteam verschiedene Technologien. Mikoschs Spezialität ist die Attosekunden-Technik, die weltweit bislang nur wenige Forschende beherrschen. Eine Attosekunde ist der milliardste Teil einer Milliardstel Sekunde – also ein unvorstellbar kurzer Zeitraum. Mithilfe verschiedener zeitlich genau abgestimmter ultrakurzer Laserpulse wollen die Kasseler Wissenschaftler die sich entwickelnden chemischen Strukturen sichtbar machen.

Das auf fünf Jahre angelegte Projekt wird mit zwei Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat gefördert. Die Ergebnisse könnten das Verständnis chemischer Prozesse entscheidend verbessern und dazu dienen, sie besser zu kontrollieren, sagt der Professor. In der chemischen Industrie könnte das eines Tages dazu führen, dass weniger Abfallprodukte anfallen.

Seine ersten Discoerfahrungen machte Jochen Mikosch übrigens in Kassel im damaligen Musiktheater und Spot. Aufgewachsen auf der schwäbischen Alb, war er im Alter von 15 Jahren mit seiner Familie für einige Jahre nach Nordhessen gezogen. Sein Abitur legte er am Wilhelmsgymasium ab. Sein einstiger Lehrer im Physikleistungskurs, Erwin Deys, sowie Klaus-Peter Haupt, der den talentierten Schüler im Astronomischen Arbeitskreis förderte, werden am Donnerstag zu Mikoschs Antrittsvorlesung als Professor kommen. (Katja Rudolph)

Antrittsvorlesung „Schnelle(r) Reisen mit kleinen Molekülen“ am 19. Januar, 16 Uhr, im AVZ, Heinrich-Plett-Str. 40, Hörsaal 100.

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