Al meer dan 100 jaar, we gebruiken röntgenstralen om in de materie te kijken en evolueren naar steeds kleinere structuren - van kristallen tot nanodeeltjes. Nutsvoorzieningen, in het kader van een grotere internationale samenwerking aan de X-ray laser European XFEL in Schenefeld bij Hamburg, natuurkundigen van de Goethe-universiteit hebben een kwalitatieve sprong voorwaarts gemaakt. Met behulp van een nieuwe experimentele techniek, ze hebben voor het eerst moleculen zoals zuurstof kunnen röntgenstralen en hun beweging in de microkosmos kunnen zien.

"Hoe kleiner het deeltje, hoe groter de hamer." Deze regel uit de deeltjesfysica, die in het binnenste van atoomkernen kijkt met behulp van gigantische versnellers, geldt ook voor dit onderzoek. Om een ​​molecuul met twee atomen, zoals zuurstof, te röntgenstralen, een extreem krachtige en ultrakorte röntgenpuls is vereist. Dit werd geleverd door het Europese XFEL dat in 2017 van start ging en een van de sterkste röntgenbronnen ter wereld is

Om individuele moleculen bloot te leggen, er is ook een nieuwe röntgentechniek nodig. Met behulp van de extreem krachtige laserpuls, het molecuul wordt snel beroofd van twee gebonden elektronen. Dit leidt tot het ontstaan ​​van twee positief geladen ionen die door de elektrische afstoting abrupt uit elkaar vliegen. Tegelijkertijd, het feit dat elektronen zich ook als golven gedragen, komt goed van pas. "Je kunt het zien als een sonar, " legt projectmanager professor Till Jahnke van het Instituut voor Kernfysica uit. "De elektronengolf wordt tijdens de explosie verstrooid door de moleculaire structuur, en we registreerden het resulterende diffractiepatroon. We waren daarom in staat om het molecuul in wezen van binnenuit te bestralen, en observeer het in verschillende stappen tijdens het uiteenvallen."

Voor deze techniek is bekend als 'elektronendiffractiebeeldvorming, ' hebben natuurkundigen van het Instituut voor Kernfysica een aantal jaren gewerkt aan de verdere ontwikkeling van de COLTRIMS-techniek, die daar is verwekt (en vaak een 'reactiemicroscoop' wordt genoemd). Onder toezicht van Dr. Markus Schöffler, een bijbehorend apparaat is vooraf aangepast aan de eisen van de Europese XFEL, en ontworpen en gerealiseerd in de loop van een proefschrift van Gregor Kastirke. Geen eenvoudige taak, zoals Till Jahnke opmerkt:"Als ik een ruimteschip moest ontwerpen om veilig naar de maan en terug te kunnen vliegen, Ik zou Gregor zeker in mijn team willen hebben. Ik ben erg onder de indruk van wat hij hier heeft bereikt."

Het resultaat, die werd gepubliceerd in het huidige nummer van het beroemde Fysieke beoordeling X , levert het eerste bewijs dat deze experimentele methode werkt. In de toekomst, fotochemische reacties van individuele moleculen kunnen worden bestudeerd met behulp van deze afbeeldingen met hun hoge temporele resolutie. Bijvoorbeeld, het moet mogelijk zijn om de reactie van een middelgroot molecuul op UV-stralen in realtime te observeren. In aanvulling, dit zijn de eerste meetresultaten die zijn gepubliceerd sinds de ingebruikname van het proefstation Small Quantum Systems (SQS) op het Europese XFEL eind 2018.