Physiker haben herausgefunden, wie man Moleküle in Tröpfchen flüssigen Heliums mit einer maßgeschneiderten optischen Zentrifuge zum Rotieren bringt – genau so cool und leicht absurd, wie es klingt. Das Team unter der Leitung von Forschern der University of British Columbia (UBC) mit Unterstützung der Universität Freiburg berichtet über die erste erfolgreiche kontrollierte Rotation eines Moleküls in einer Supraflüssigkeit – einem reibungslosen Zustand der Materie, der ohne Viskosität fließt, quasi die Art des Universums, anzugeben.

Die optische Zentrifuge funktioniert, indem sie rotierende Laserpulse auf Moleküle schießt, die in Helium-Nanotröpfchen eingebettet sind. Anders als in Gasen, wo dieser Trick bereits gelang, wehren sich Supraflüssigkeiten jedoch, weil gelöste Moleküle mit umgebenden Atomen verklumpen. Um dies zu lösen, dotierten die Forscher die Tröpfchen mit Stickstoffmonoxid-Dimeren und führten eine kurze Verzögerung zwischen den Laserpulsen ein, was eine langsamere, gleichmäßigere Rotation erzeugte und die Moleküle kooperativer machte – was sie als verbesserte „Spinnbarkeit“ bezeichnen.

„Die Rotation eines in einer Flüssigkeit gelösten Moleküls zu kontrollieren, ist eine Herausforderung“, sagte Dr. Valery Milner, außerordentlicher Professor an der UBC und Autor der Studie. „Stellen Sie sich vor, Sie formen einen Schneeball: Es ist sehr leicht, ihn zu bewegen, wenn er klein ist, aber es wird immer schwerer, je mehr Schnee daran haftet.“ Glücklicherweise wurde bei diesem Experiment kein Schnee verletzt – nur eine Menge Laser und flüssiges Helium nahe dem absoluten Nullpunkt.

Die Arbeit, veröffentlicht in Physical Review Letters, erlaubt es Forschern nun, sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit der Rotation eines Moleküls direkt einzustellen, was ein neues Fenster öffnet, um zu verstehen, wie Moleküle mit ihrer quantenmechanischen Umgebung interagieren. Das Team plant, die Rotationsfrequenz zu variieren, um einen kritischen Punkt zu finden, an dem die Supraflüssigkeit zusammenbricht – denn selbst reibungslose Materie hat ihre Grenzen. Die Forschung wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, der Canada Foundation for Innovation und dem BC Knowledge Development Fund finanziert.