Über ELCH

"Ex­tre­mes Licht für die Ana­ly­se und Kon­trol­le von mo­le­ku­la­rer CHi­ra­li­tät (ELCH)"

Das Alltagsphänomen Händigkeit fasziniert Wissenschaftler und Philosophen seit Jahrhunderten. In den Naturwissenschaften wird Händigkeit Chiralität genannt. Besonders die molekulare Chiralität spielt eine wichtige Rolle für den Aufbau der Bausteine des Lebens und für die menschliche Gesundheit. Dieser SFB konzentriert sich auf einen vollständig anderen, aber gleichermaßen fundamentalen Aspekt: Ein mikroskopisches und quantenmechanisches Verständnis von einzelnen chiralen Molekülen in der Gasphase unter perfekt definierten experimentellen Bedingungen wird hier erarbeitet. Dazu werden die fortschrittlichsten Werkzeuge der experimentellen und theoretischen Atom- und Molekülphysik sowie der Optik und Quantenoptik (AMO) in der Gasphase genutzt, um Chiralität auf der Einzelmolekülebene zu kontrollieren und zu steuern. Mittels extremen Lichtes, das alle relevanten Anregungsbereiche im Sinne von Energie, Intensität und zeitlicher Auflösung einschließt, setzt sich der SFB mit dem gesamten molekularen Quantensystem bestehend aus Elektronen und Atomkernen auseinander. Im Rahmen des SFBs soll dabei erstmals ein Gasphasenlabor für die ausschließlich mit Licht getriebene Physik chiraler Moleküle geschaffen werden, das es so noch nicht gegeben hat - trotz der großen Bedeutung chiraler Moleküle für Chemie und Lebenswissenschaften sowie ihres immensen Potentials für die physikalische Grundlagenforschung. So können chirale Moleküle als vielseitige Testobjekte eingesetzt werden, zum einen da sie – wie schon von Friedrich Hund in der Gründerzeit der Quantenmechanik entdeckt – inhärent mit dem Tunnelprozess verbunden sind und zum anderen wegen ihrer ausgeprägten Empfindlichkeit für paritätsverletzende Wechselwirkungen.

Die enorme Beachtung, die zurzeit verschiedenen Aspekten der Chiralität einzelner Moleküle in der Gasphase zuteilwird, bestätigt die Aktualität unserer SFBs. Diese Entwicklung beruht nicht zuletzt auf mehreren wegweisenden Beiträgen von an diesem SFB zentral beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die mit ihren jeweiligen Technologien momentan weltweit führend sind. Sie bündeln ihre Fähigkeiten, um als wissenschaftliches Hauptziel die Chiralität einzelner Moleküle und die Reaktion chiraler Moleküle auf elektromagnetische Felder zu verstehen. Dieses Verständnis stellt das Fundament für die Kontrolle der Chiralität auf Einzelmolekülebene dar. Entsprechend entwickelt der SFB fortgeschrittene, auf Licht basierte Methoden, mit denen chirale Moleküle analysiert, getrennt, abgekühlt, eingefangen, gesteuert und kontrolliert werden können. Längerfristig werden die Bestimmung der absoluten Konfiguration auf Einzelmolekülebene, die Überführung chiraler Moleküle aus einer gemischten Händigkeit in die eine oder andere Händigkeit mit rein optischen Methoden, sowie das Erreichen der Empfindlichkeitsgrenze für fundamentale Experimente angestrebt.

Neben diesen wissenschaftlichen Zielen, verfolgt der SFB drei weitere wesentliche Ziele. Das strategische Ziel ist es ein international führendes Wissenschaftszentrum für lichtgetriebene chirale Moleküle in der Gasphase zu etablieren. Die Kernaktivitäten an der Universität Kassel werden eng mit den Partnerinstitutionen Universität Frankfurt, Universität Marburg und DESY verflochten. So werden die existierenden Kooperationen gestärkt und neue etabliert. Das Fundament des SFBs ist eine seit 15 Jahren auf AMO Physik ausgerichtete Berufungsstrategie der Universität Kassel und ein über vier Jahre geförderter koordinierter Wissenschaftsschwerpunkt der hessischen Partner im Rahmen der Exzellenzinitiative des Landes. Das (Aus-)Bildungsziel ist, unseren Studierenden und dem wissenschaftlichen Nachwuchs die bestmöglichen Forschungsbedingungen zu bieten und damit ideale Startvoraussetzungen für ihre weitere Karriere zu schaffen. Zusätzlich wird ein dediziertes Programm zur Außendarstellung einen Bogen von den Kindergärten über Gymnasien bis zur allgemeinen Öffentlichkeit spannen. Ziel im Hinblick auf die Gleichberechtigung der Geschlechter ist es, das bereits sehr hohe Niveau an der Universität Kassel zu nutzen und es durch physikspezifische Maßnahmen, die Wissenschaftlerinnen ermutigen in Führungspositionen aufzusteigen, zu stärken.