Über ELCH

"Ex­tre­mes Licht für die Ana­ly­se und Kon­trol­le von mo­le­ku­la­rer CHi­ra­li­tät (ELCH)"

Molekulare Chiralität - die Tatsache, dass linkshändige und rechtshändige Versionen eines Moleküls in fast allen physikalischen Eigenschaften gleich sind, sich aber in ihrem chemischen und biologischen Verhalten dramatisch unterscheiden - stellt eine intellektuelle Herausforderung für die gesamten Naturwissenschaften dar. So ist molekulare Chiralität für die Bausteine des Lebens relevant und spielt eine wichtige Rolle in der Medizin. Unser SFB konzentriert sich auf einen fundamentalen Aspekt der Chiralität. Mit ELCH haben wir ein Forschungszentrum etabliert, das auf ein mikroskopisches und quantenmechanisches Verständnis chiraler Moleküle in der Gasphase abzielt. Zu diesem Zweck werden die fortschrittlichsten Werkzeuge der experimentellen und theoretischen Atom- und Molekülphysik sowie der Quantenoptik (AMO) eingesetzt, um Chiralität von Einzelmolekülen zu untersuchen, zu kontrollieren und zu steuern. Mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung sprechen wir das gesamte aus Elektronen und Kernen bestehende molekulare System an und schaffen ein einzigartiges lichtgetriebenes Gasphasenlabor für Physik an chiralen Molekülen.

In den FPs 1 und 2 hat ELCH durch die kontinuierlich wachsende Zahl an Kooperationen viele wichtige Ergebnisse im Hinblick auf die ursprünglichen vier Langfristziele erreicht: (i) Die Kombination von partieller Coulomb-Explosion mit Photoelektronenzirkulardichroismus (PECD) ist ein Durchbruch für die Bestimmung der absoluten Konfiguration, der es erlaubt auch die Händigkeit größerer Moleküle zu bestimmen und den PECD mit der absoluten Molekülkonfiguration zu korrelieren. (ii) Eine hochauflösende laserbasierte Methode wurde als neuartiges Instrument zur Bestimmung des Enantiomerenüberschusses realisiert. Sie ist auf Gemische und Konformere anwendbar. (iii) Die enantiomerselektive Anregung eines Racemats ist eine wichtige Voraussetzung für die chirale Aufreinigung. Hierfür wurden grundlegende Experimente durchgeführt, die in Kombination mit der Theorie einen großen Schritt Richtung vollständiger Enantiomerentrennung darstellen. (iv) Der Nachweis, dass Laserspektroskopie an kurzlebigen radioaktiven Molekülen möglich ist und die deutlich erhöhte spektrale Auflösung in diesen Experimenten eröffnet neue Perspektiven für fundamentale physikalische Experimente zur schwachen Wechselwirkung, da paritätsverletzende Wechselwirkungen in chiralen Molekülen mit der Ordnungszahl an Stärke signifikant zunehmen. ELCH wird in FP3 den Fokus ausweiten, indem nun Moleküle in definierten Umgebungen studiert werden. Hier werden neue Observablen erwartet, die sensitiv auf die Händigkeit der Moleküle sind und es soll untersucht werden, wie Umgebungen Observablen verändern. ELCH ist dazu in der einzigartigen Lage die umfangreichen Ergebnisse aus den Einzelmolekülmessungen mit Untersuchungen an Molekülen in einer Umgebung zu vergleichen.

Neben den wissenschaftlichen Zielen verfolgen wir drei weitere wichtige Ziele. Unser strategisches Ziel ist es, die AMO-Physik in Kassel und den beteiligten Standorten nachhaltig zu stärken, was in Kassel durch sechs neue und in Frankfurt durch ein neues Projekt geschieht. Fünf dieser Projekte wurden durch die Berufung neuer W2/W3 Professuren möglich und zwei dieser Projekte fördern die wissenschaftliche Unabhängigkeit zweier Postdoktoranden. Unser (Aus-)Bildungsziel ist es, dem wissenschaftlichen Nachwuchs bestmögliche Forschungsbedingungen zu bieten. Zur Nachwuchsgewinnung werden wir sehr eng mit dem „Schülerforschungszentrum Nordhessen“ zusammenarbeiten, einer gemeinsam durch die U Kassel und mehrer örtlicher Gymnasien finanzierten Einrichtung. Für unser Gleichstellungsziel nutzen wir das sehr hohe Niveau aller Standorte, und stärken es durch physikspezifische Maßnahmen. Unser Ziel ist es die Zahl an Nachwuchswissenschaftlerinnen in unserem SFB zu erhöhen um langfristig mehr Frauen in der Physik zu haben.