SFB 1319:  Extremes Licht zur Analyse und Kontrolle molekularer Chiralität (ELCH)

Fachliche Zuordnung Physik
Chemie
Förderung Förderung seit 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328961117
 

Projektbeschreibung

Molekulare Chiralität - die Tatsache, dass linkshändige und rechtshändige Versionen eines Moleküls fast alle physikalischen Eigenschaften gemeinsam haben, sich aber in ihrem chemischen und biologischen Verhalten dramatisch unterscheiden - stellt eine intellektuelle Herausforderung für die gesamten Naturwissenschaften dar. So ist molekulare Chiralität beispielsweise für die Bausteine des Lebens relevant und spielt eine wichtige Rolle in Medizin und Gesundheit. Unser SFB konzentriert sich auf einen anderen, aber ebenso fundamentalen Aspekt. 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 auf der Ebene von isolierten Einzelmolekülen zu kontrollieren und zu steuern. Mit Hilfe von Licht adressieren wir das gesamte, aus Elektronen und Kernen bestehende molekulare System und schaffen ein einzigartiges lichtgetriebenes Gasphasenlabor für Physik an chiralen Molekülen. In der ersten Förderperiode wurden in ELCH in mehr als 40 Kooperationen mehrere wichtige Ergebnisse im Hinblick auf vier Langfristziele erreicht: (i) Die Kombination von partieller Coulomb-Explosion mit Photoelektronenbeugung stellt als Methode, die auch auf größere Moleküle anwendbar ist, einen Durchbruch für die Bestimmung der absoluten Konfiguration dar. (ii) Eine hochauflösende laserbasierte Methode wurde als neuartiges Instrument zur Bestimmung des Enantiomerenüberschusses realisiert. Sie ist auf Gemische und Konformere anwendbar und kann deshalb die Routine-Instrumentierung in der Chemie verändern. (iii) Die enantiomerselektive Anregung eines Racemats ist eine wichtige Voraussetzung für die chirale Aufreinigung, wofür ein grundlegendes Experiment demonstriert wurde, ergänzt durch einen theoretischen Vor-schlag zur Erreichung vollständiger Selektivität. (iv) Die Demonstration der Laserspektroskopie kurzlebiger radioaktiver Moleküle am RaF-Prototypen eröffnet neue Perspektiven für fundamental-physikalische Experimente, da paritätsverletzende Wechselwirkungen in chiralen Molekülen mit der Ordnungszahl an Stärke signifikant zunehmen. Neben den wissenschaftlichen Zielen verfolgen wir drei weitere wichtige Ziele. Unser strategisches Ziel ist es, die AMO-Physik in Kassel und den beteiligten Standorten zu stärken, was in Kassel durch zwei neue Projekte geschieht. Unser (Aus-)Bildungsziel ist es, dem wissenschaftlichen Nachwuchs bestmögliche Forschungsbedingungen zu bieten. Zur Nachwuchsgewinnung widmet sich ein neues Transferprojekt der Entwicklung bundesweit verfügbarer, moderner Unterrichtsmaterialien für Schulen. Für unser Gleichstellungsziel nutzen wir das sehr hohe Niveau aller Standorte, und stärken es durch physikspezifische Maßnahmen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Universität Kassel
Beteiligte Hochschule Freie Universität Berlin; Goethe-Universität Frankfurt am Main; Philipps-Universität Marburg
Beteiligte Institution Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
Sprecher Professor Dr. Thomas Baumert, bis 3/2023; Professor Dr. Arno Ehresmann, seit 3/2023