Ein internationales Forschungsteam hat erstmals die Nullpunktbewegung von Atomen in einem komplexen Molekül direkt beobachtet. Dieses Phänomen, bei dem Atome selbst bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt kontinuierlich schwingen, galt bisher als unmessbar. Die Studie konzentrierte sich auf das Molekül Iodpyridin und nutzte die ultrakurzen Röntgenpulse des European X-ray Free-Electron Laser (European XFEL) in Hamburg sowie die Coulomb-Explosions-Bildgebung. Diese Technik zerlegt das Molekül nach der Exposition gegenüber intensiven Röntgenpulsen in seine Bestandteile, deren Analyse die Rekonstruktion der ursprünglichen Molekülstruktur und der gekoppelten Schwingungsmuster der Atome ermöglichte.
Professor Till Jahnke von der Goethe-Universität Frankfurt hob die Bedeutung der gekoppelten Schwingungen hervor: „Das Spannende an unserer Arbeit ist, dass wir sehen konnten, dass die Atome nicht nur individuell schwingen, sondern dass sie in einer gekoppelten Weise schwingen und festen Mustern folgen.“ Diese Errungenschaft, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, liefert neue Einblicke in Quantenphänomene und demonstriert die Fähigkeiten des in Frankfurt entwickelten COLTRIMS-Reaktionsmikroskops. Die Ergebnisse haben das Potenzial, Bereiche wie Materialwissenschaften und Quantencomputing zu beeinflussen, indem sie das Verständnis molekularer Dynamiken vertiefen. Die Nullpunktbewegung, eine Folge der Heisenbergschen Unschärferelation, beschreibt die unvermeidliche Restbewegung von Teilchen im Grundzustand. Die Coulomb-Explosions-Bildgebung ermöglichte dabei eine detaillierte Analyse der Flugbahnen der Fragmente, was einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren Methoden darstellt, die oft nur Durchschnittswerte lieferten.