Kwantumtrillingen Induceren Dynamische Chiraliteit in Mierenzuurmolecuul

Een publicatie in januari 2026 in het tijdschrift Physical Review Letters heeft een fundamentele aanname over de structuur van mierenzuur (methaanzuur, HCOOH) herzien. Voorheen werd dit molecuul als strikt vlak beschouwd, maar de nieuwe bevindingen tonen aan dat het in werkelijkheid een dynamische driedimensionale structuur aanneemt door constante, minimale atomaire trillingen. Deze kwantummechanische beweging zorgt ervoor dat het molecuul het grootste deel van de tijd zijn symmetrie verliest, waardoor het een chirale, niet-spiegelbeeldige vorm aanneemt.

De onderzoekers concluderen dat moleculaire geometrie in de kwantumwereld een dynamisch proces is; een 'vlak' molecuul is slechts het tijdsgemiddelde resultaat van vibraties in alle richtingen. De experimentele vaststelling van deze subtiele dynamiek vereiste metingen met een uitzonderlijk hoge precisie, uitgevoerd met een röntgenstraalbundel afkomstig van de PETRA III-bron bij het DESY-acceleratorcentrum in Hamburg. Het onderzoeksteam, geleid door professor dr. Reinhard Dörner van het Instituut voor Kernfysica aan de Goethe-Universiteit Frankfurt, gebruikte de COLTRIMS-reactiemicroscoop om de moleculaire geometrie te berekenen.

De COLTRIMS-methode, mede door professor Dörner gecofundeerd, maakt het mogelijk om sequentiële processen, zoals het foto-elektrisch effect en de Auger-effecten, in coincidentie te meten, wat leidt tot de Coulomb-explosie van het molecuul. De metingen onthulden dat de twee waterstofatomen van mierenzuur minimaal oscilleren, resulterend in een chirale toestand die de helft van de tijd linksdraaiend en de andere helft rechtsdraaiend is. De samenwerking omvatte vooraanstaande Duitse en internationale instellingen, waaronder de Universiteiten van Kassel, Marburg en Nevada, het Fritz Haber Instituut en het Max Planck Instituut voor Kernfysica.

Deze bevinding daagt de conventionele definitie van chiraliteit uit, die doorgaans wordt afgeleid uit de statische moleculaire constructie. Het feit dat kwantumtrillingen een fundamentele eigenschap als chiraliteit kunnen induceren, wijst op bredere implicaties voor de oorsprong van asymmetrie in de natuur, een fenomeen dat cruciaal is in de biologie. De COLTRIMS-techniek, ontwikkeld sinds de jaren tachtig in Frankfurt, speelde een sleutelrol bij het zichtbaar maken van deze ultrasnelle reactieve processen met ongekende nauwkeurigheid. Het molecuul is gemiddeld achiraal, maar op het niveau van individuele moleculen is het wel degelijk chiraal, wat een direct gevolg is van de driedimensionale nulpunts-delokalisatie van de kernen in de vibratiegrondtoestand.