Stefan Truppe erhält ERC Starting Grant zur Untersuchung von kalten Molekülen

3. September 2020

Der Europäische Forschungsrats (ERC) vergibt eine Starting Grant-Förderung an den Gruppenleiter der Forschungsgruppe "Kalte und ultrakalte Moleküle" in der Abteilung für Molekularphysik. Der Grant ist mit 1,9 Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren dotiert.

Dr. Stefan Truppe vor der kryogenen Molekularstrahlapparatur mit den zur Kühlung und Manipulation polarer Moleküle eingesetzten Lasersystemen im Hintergrund.

Jedes Jahr vergibt der Europäische Forschungsrat Starting Grants an Nachwuchswissenschaftler, die über ausgezeichnete akademische Leistungen verfügen und bereit sind, ein großes Forschungsprojekt unabhängig zu leiten. Für Dr. Stefan Truppe, der seit 2017 Gruppenleiter in der Abteilung für Molekulare Physik ist, kommt diese Förderung genau zum richtigen Zeitpunkt. In den letzten drei Jahren hat er zusammen mit seinem Team viele der Grundlagen für das Projekt gelegt. Mit diesem Grant können sie den nächsten Meilenstein erreichen – die Herstellung eines Quantengases aus polaren Molekülen. Damit könnte man sich einem langjährigen Ziel der atomaren, molekularen und optischen Gemeinschaft annähern, das manchmal als "heiliger Gral" der experimentellen Molekularphysik bezeichnet wird.

Das Ziel seines Projekts mit dem Titel "Cold Molecules for Fundamental Physics" (mit dem lustigen Akronym CoMoFun) ist es konkret, ein molekulares Gas auf ultraniedrige Temperaturen zu kühlen – nur ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. "Der Grund dafür ist ziemlich einfach", erklärt Dr. Truppe, "thermische Energie lässt Moleküle sich schnell und in zufälligen Richtungen und Mustern bewegen. Aber wenn sie kalt sind, sind die Moleküle wesentlich langsamer. Um sie mit hoher Präzision untersuchen zu können, müssen wir sie also kühlen, verlangsamen und einfangen. Es ist, als würde man auf mikroskopischer Ebene einem Huhn eine Falle stellen."

Die Erforschung dieser Moleküle auf diese Weise öffnet auch eine Menge anderer Türen. Bei ultratiefen Temperaturen treten die Moleküle in das so genannte ‚Quantenregime‘ ein, was bedeutet, dass sie sich nicht mehr nach den von der klassischen Physik beschriebenen Gesetzen verhalten. Sie können daher zur Untersuchung neuer Quanteneffekte und zum Bau universeller Quantensimulatoren verwendet werden. Mit den gekühlten und isolierten Molekülen kann man ein Modellsystem aus komplexen Materialien ‚bauen‘ und ihr Verhalten in einer sehr kontrollierten Umgebung studieren. "Das ist einer der aufregendsten Aspekte dieser Forschung", kommentiert Dr. Truppe, "denn es ist einfach unmöglich, dies zu modellieren, selbst mit einem Supercomputer.“ Solche ‚Bottom-up‘-Simulationen (d.h. vom Speziellen zum Allgemeinen führend) werden zum Verständnis faszinierender Phänomene wie der Hochtemperatur-Supraleitung und exotischer Formen des Magnetismus beitragen.

Eine Fülle neuer, aufregender Anwendungen kündigt sich an, sobald die Moleküle kalt genug sind, um gefangen und manipuliert zu werden. Der Forschungsbereich, der sich mit der Kühlung von Molekülen befasst, ist durch die Erfolgsgeschichte der lasergekühlten, ultrakalten atomaren Gase motiviert. Die Untersuchung derselben im 20. Jahrhundert hat die moderne Physik revolutioniert. Sie hat unser Verständnis der fundamentalen Physik vertieft und einen tiefgreifenden Einfluss auf viele moderne Technologien gehabt. Beispielsweise bilden ultrapräzise Atomuhren, die auf lasergekühlten Atomen basieren, heute das Rückgrat des modernen GPS. Das Studium ultrakalter Moleküle wird wahrscheinlich einen ähnlichen Einfluss auf die Grundlagenwissenschaft und -technologie haben.

Dr. Stefan Truppe studierte Physik an der Universität Wien, Österreich, und promovierte am Imperial College London, Großbritannien. Anschließend nahm er eine PostDoc-Stelle am Imperial College an, bevor er 2017 an das Fritz-Haber-Institut wechselte.

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