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Das ganze Bild aus Bruchstücken

COLTRIMS-Reaktionsmikroskope eröffnen neue Einblicke in Reaktionen der Atom- und Molekülphysik.

  • Robert Moshammer und Reinhard Dörner
  • 09 / 2015 Seite: 61

COLTRIMS-Reaktionsmikroskope sind universell einsetzbare und äußerst flexible Spektrometer, um dynamische Prozesse beim Aufbruch von einzelnen Atomen, Molekülen oder Clustern zu untersuchen. Basierend auf einer abbildenden Technologie zur Vermessung der Fragmente liefern sie ähnlich wie eine Blasenkammer, welche die Impulse von MeV-Teilchen sichtbar macht, Impulsbilder der geladenen Bruchstücke von Atomen oder Molekülen mit einer extrem hohen Auflösung im Sub-μeV-Bereich.

Die COLTRIMS-Technologie kam erstmals vor rund zwanzig Jahren erfolgreich zum Einsatz, um schnelle Ion-Atom-Stöße zu untersuchen [1]. Heute, nach einer kontinuierlichen apparativen Weiter­entwicklung, betreiben weltweit mehr als dreißig Gruppen COLTRIMS-Reaktionsmikroskope (Abb. 1). Ihr Einsatzbereich erstreckt sich von langsamen Elektronen-Molekül-Stößen bis hin zu atom- und molekülphysikalischen Experimenten mit Femto- und Attosekunden-Lichtpulsen sowie mit extrem intensiver XUV- und Röntgen-Strahlung an modernen Synchrotron-Strahlungsquellen und Freie-Elektronen-Lasern [2].

Mit dem COLTRIMS-Reaktionsmikroskop lassen sich aus den gemessenen Auftrefforten und Flugzeiten die Energien und Richtungen aller Fragmentteilchen für jedes einzelne Molekül bestimmen. Für die Flugzeitmessungen ist es erforderlich, den Zeitpunkt der Fragmentierung der Atome bzw. Moleküle sehr genau zu kennen. Deshalb eignen sich besonders gepulste Strahlen von Photonen, Elektronen oder Ionen als Projektile. Doch woher weiß man eigentlich, dass alle bei einem Ereignis detektierten Elektronen und Ionen tatsächlich von der Fragmentierung eines bestimmten Moleküls stammen? Um dies sicher zu stellen und um eine eindeutige und vollständige Rekonstruktion der Dynamik zu gewährleisten, sind die Intensitäten von Projektil- und Targetstrahl so niedrig gewählt, dass für jeden Projektilpuls immer nur maximal ein Molekül fragmentiert. Die Experimente finden also tatsächlich mit einzelnen Molekülen statt. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die erreichbare Impuls­auflösung. ...

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