Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Matthias Kling van het Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) en de Ludwig-Maximilian University in München (LMU), in samenwerking met de American University in Sharjah, heeft een nieuwe methode ontdekt voor de productie van geprotoneerde waterstof (H ⁺ ₃ ). Met behulp van laserpulsen met hoge intensiteit, ze waren in staat om een ​​reactie tussen watermoleculen op het oppervlak van nanodeeltjes teweeg te brengen, wat resulteerde in de vorming van triwaterstofionen. Dit scenario bootst de omstandigheden in de ruimte na, waarin stof/ijsdeeltjes worden blootgesteld aan straling die energetisch genoeg is om de vorming van triwaterstofionen te induceren.

De omstandigheden in de ruimte kunnen alleen maar als extreem worden omschreven. De temperatuur is buitengewoon laag en de straling is niet aflatende. Het is zeker een onaangename omgeving voor organismen zoals wij, maar het kan heel goed een positieve rol hebben gespeeld bij het ontstaan ​​van leven op onze planeet. Bijvoorbeeld, er is een geprotoneerde vorm van waterstof gedetecteerd tussen de moleculen die zo dun verspreid zijn in de uitgestrekte delen van de kosmos. Dit geïoniseerde molecuul, H ⁺ ₃ (ook bekend als het triwaterstofion) bestaat uit drie protonen en twee elektronen, en heeft de vorm van een gelijkzijdige driehoek. Door het zeer reactieve karakter geprotoneerde waterstof bevordert de vorming van complexere koolwaterstoffen. Het wordt daarom beschouwd als een belangrijke katalysator voor de synthese van organische, op koolstof gebaseerde moleculen die de basis vormen van het leven zoals wij dat kennen.

Tot nu toe, H ⁺ ₃ is alleen op aarde gesynthetiseerd uit voorgevormde organische verbindingen of in sterk geactiveerde waterstofplasma's. Laserfysici hebben nu een nieuwe route ontdekt voor de synthese van H ⁺ ₃ op nanodeeltjes - in een systeem dat effectief de omstandigheden reproduceert waaronder het molecuul in de ruimte kan worden gevormd. Hun bevindingen bieden dus nieuwe inzichten in de vorming van triwaterstofionen onder buitenaardse omstandigheden.

In de experimenten, watermoleculen geadsorbeerd op het oppervlak van siliciumdioxide nanodeeltjes werden bestraald met extreem krachtige, ultrakorte femtoseconde laserpulsen, in wezen het effect nabootsen van de hoogenergetische straling waaraan stof-/ijsdeeltjes in de ruimte worden blootgesteld. Het laserlicht zorgde voor de ionisatie en daaropvolgende splitsing van de watermoleculen op de nanodeeltjes. Deze opeenvolging van gebeurtenissen maakte op zijn beurt het triwaterstofkation H . mogelijk ⁺ ₃ worden geproduceerd via een reactie tussen paren watermoleculen. "Onze experimenten tonen aan dat de productie van H ⁺ ₃ op met ijs bedekte stofdeeltjes kan plaatsvinden in afwezigheid van andere factoren. Deze bevinding zal ons helpen te begrijpen hoe de vorming van complexe moleculen wordt aangedreven onder de omstandigheden in de ruimte, ' zegt Matthias Kling.