Nicht-bindende molekulare Spinoren und Tests fundamentaler Physik mit lasergekühlten Ionen

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Berger
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445296313

Per Definition ist ein nicht-bindendes Orbital ein Orbital, für welches das Entfernen oder Hinzufügen eines Elektrons nicht die Stärke der chemischen Bindung ändert. Gleichzeitig sind Elektronen in nicht-bindenden molekularen Orbitalen/Spinoren (NBMS) von besonderer Bedeutung für eine Vielzahl physikalischer Anwendungen. So sind zum Beispiel jüngste Fortschritte in der direkten Kühlung von Molekülen mit Lasern, einschließlich der mehratomigen Systeme, mit dem Verständnis der Rolle nicht-bindender Spinoren für die Erzeugung geschlossener Kühlzyklen verknüpft, welche erforderlich sind, damit ein Molekül Tausende von Photonen streuen kann. Lasergekühlte Moleküle/Ionen können anschließend für vielzählige andere fundamentale Anwendungen genutzt werden, wie beispielsweise für die Suche nach einem permanenten elektrischen Dipolmoment des Elektrons oder die Messung des Schiffmoments des Atomkerns. Die Identifizierung von Molekülen mit gewünschten Eigenschaften (z.B. Laserkühlbarkeit und Empfindlichkeit im Hinblick auf das Schiffmoment) stellt eine Herausforderung dar, da diese insbesondere ein fundamentales Verständnis der Besonderheiten der molekularen elektronischen Struktur mit Elektronen in NBMS erfordert. Trotz der Bedeutung von NBMS, waren diese bis vor wenigen Jahren nicht im Fokus theoretischer und experimenteller Studien. Wir haben vor einiger Zeit eine Klassifizierung von NBMS vorgenommen und anschließend auf dieser Grundlage Moleküle identifiziert, die eine oder verschiedene Klassen von NBMS besitzen und sich für eine Laserkühlung eignen. In diesem Projekt planen wir eine systematische theoretische Studie der besonderen Rolle von NBMS in der Elektronenstruktur geladener Moleküle. Spezielle Aufmerksamkeit wird auf der einen Seite der fundamentalen Theorie nicht-bindender molekularer Spinoren gewidmet und auf der anderen Seite diversen Anwendungen wie Laserkühlung, Suche nach exotischen kosmischen Feldern (einschließlich dunkler Materie) sowie Tests von QED-Effekten von beziehungsweise mit molekularen Ionen. Lasergekühlte molekulare Kationen können anschließend auch zur sympathetischen Kühlung anderer Ionen genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Timur Isaev, bis 3/2022