{"id":87509,"date":"2026-02-20T13:06:47","date_gmt":"2026-02-20T12:06:47","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=87509"},"modified":"2026-02-20T13:06:48","modified_gmt":"2026-02-20T12:06:48","slug":"das-quanten-zittern-warum-es-in-wirklichkeit-keine-flachen-molekuele-gibt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/das-quanten-zittern-warum-es-in-wirklichkeit-keine-flachen-molekuele-gibt\/","title":{"rendered":"Das Quanten-Zittern: Warum es in Wirklichkeit keine flachen Molek\u00fcle gibt"},"content":{"rendered":"

Forschungsteam unter Leitung der Goethe-Universit\u00e4t zeigt, dass durch quantenphysikalische Effekte auch \u201eflache\u201c Molek\u00fcle immer dreidimensional sind<\/em><\/p>\n\n\n\n

Ameisens\u00e4ure gilt als ein Molek\u00fcl, bei dem sich alle Atome in einer Ebene befinden. Ein Forschungsteam der Goethe-Universit\u00e4t hat nun gemeinsam mit Kooperationspartnern in Experimenten nachgewiesen, dass die Atome der Ameisens\u00e4ure die ganze Zeit minimal hin- und herschwingen. Daher ist das Molek\u00fcl die meiste Zeit nicht flach, sondern dreidimensional, und verliert damit seine Symmetrie. Die Bewegungen der Atome sind Ausdruck quantenphysikalischer Effekte, denen zufolge Teilchen nie ruhen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n
\"Die
Die quantenmechanische Nullpunktschwingung, das \u201eZittern\u201c der Atome, macht die Ameisens\u00e4ure zu einem chiralen (h\u00e4ndischem) Molek\u00fcl, dessen beide Formen sich wie die rechte und linke Hand nicht in Deckung bringen lassen. \u00a9 Institut f\u00fcr Kernphysik, Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\n

In traditionellen Chemieb\u00fcchern herrscht noch Ordnung: Atome in Molek\u00fclen sitzen an festen Pl\u00e4tzen, verbunden durch starre St\u00e4bchen. Ein Molek\u00fcl wie die Ameisen- oder Methans\u00e4ure (HCOOH) stellen wir uns zweidimensional vor \u2013 flach wie ein Blatt Papier. Doch die Quantenphysik zeichnet ein anderes Bild, denn in Wahrheit verweigert sich die Natur der Starrheit und zwingt selbst einfachste Strukturen in die dritte Dimension.<\/p>\n\n\n\n

Forschende unter der Leitung von Prof. Reinhard D\u00f6rner vom Institut f\u00fcr Kernphysik der Goethe-Universit\u00e4t habe jetzt gemeinsam mit Kolleg*innen der Universit\u00e4ten Kassel, Marburg und Nevada, des Fritz-Haber-Instituts sowie des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kernphysik die genaue r\u00e4umliche Struktur der \u201eflachen\u201c Ameisens\u00e4ure mithilfe eines R\u00f6ntgenstrahls der R\u00f6ntgenstrahlungsquelle PETRA III am Beschleunigerzentrum DESY in Hamburg bestimmt.<\/p>\n\n\n\n

Dazu nutzten sie zwei Effekte, die auftreten, wenn R\u00f6ntgenstrahlung auf ein Molek\u00fcl trifft: Zun\u00e4chst l\u00f6st die R\u00f6ntgenstrahlung mehrere Elektronen aus dem Molek\u00fcl heraus, die wegfliegen (photoelektrischer Effekt und Auger Effekt). Dadurch werden die Atome so stark geladen, dass das Molek\u00fcl in einer Explosion zerplatzt (Coulomb-Explosion). Den Wissenschaftler*innen gelang es, diese Prozesse, die sich innerhalb von Femtosekunden abspielen \u2013 Millionstel einer Milliardstel Sekunde \u2013, nacheinander zu vermessen.<\/p>\n\n\n\n

Dazu nutzten sie eine Apparatur, die an der Goethe-Universit\u00e4t erfunden und seither immer weiterentwickelt wurde, das COLTRIMS-Reaktionsmikroskop. Auf Basis der Messdaten konnten sie anschlie\u00dfend die urspr\u00fcngliche Geometrie des Ameisens\u00e4uremolek\u00fcls errechnen. Das Ergebnis: Die beiden Wasserstoffatome der Ameisens\u00e4ure schwingen minimal hin und her, sodass das Molek\u00fcl nicht flach ist.<\/p>\n\n\n\n

Reinhard D\u00f6rner erkl\u00e4rt: \u201eIn der Quantenwelt sind Atomkerne keine winzigen Kugeln, die an ihrem Platz verharren. Sie sind eher wie vibrierende Wolken. Selbst wenn wir ein Molek\u00fcl bis zum absoluten Nullpunkt abk\u00fchlen, h\u00f6rt dieses Zittern \u2013 die sogenannte Nullpunktschwingung \u2013 niemals auf.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Die Konsequenz ist radikal: Ein Atomkern hat keinen exakten Ort, sondern nur eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Er ist gewisserma\u00dfen \u201e\u00fcberall ein bisschen\u201c. Dadurch ist ein Ameisens\u00e4ure-Molek\u00fcl in fast jedem Moment faktisch dreidimensional.<\/p>\n\n\n\n

D\u00f6rner: \u201eDurch diesen winzigen Schritt in die dritte Dimension verliert das Molek\u00fcl seine Symmetrie, und es l\u00e4sst sich nicht mehr mit seinem Spiegelbild in Deckung bringen, \u00e4hnlich wie das mit unserer linken und rechten Hand ist. Die Ameisens\u00e4ure ist chiral \u2013 sie besitzt in der H\u00e4lfte der Zeit eine linksh\u00e4ndige und in der anderen H\u00e4lfte eine rechtsh\u00e4ndige Form.\u201c<\/p>\n\n\n\n

In der Chemie k\u00f6nnen zwei solche chiralen Formen \u2013 sogenannte \u201eEnantiomere\u201c \u2013 v\u00f6llig unterschiedliche Wirkungen haben: W\u00e4hrend die eine Form eines Molek\u00fcls als Heilmittel wirkt, kann ihr Spiegelbild wirkungslos sein. Normalerweise entsteht diese H\u00e4ndigkeit durch den festen Aufbau eines Molek\u00fcls.<\/p>\n\n\n\n

D\u00f6rner: \u201eWie wir am Beispiel der Ameisens\u00e4ure zeigen konnten, kann allein das Quantenzittern aus einem symmetrischen Molek\u00fcl zwei unterschiedliche spiegelbildliche Realit\u00e4ten erzeugen. Das bedeutet: Die H\u00e4ndigkeit, eine wichtige Eigenschaft des Lebens, entsteht hier nicht durch den statischen Bauplan des Molek\u00fcls, sondern allein durch das unaufh\u00f6rliche Zittern in der Quantenwelt. Generell konnten wir anhand der Ameisens\u00e4ure sehen: Geometrie ist keine statische Eigenschaft, sondern ein dynamisches Ereignis, und ein flaches Molek\u00fcl ist in Wirklichkeit nur der Durchschnittswert eines Zitterns seiner Atome in alle Richtungen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n

Publikation:<\/strong> D. Tsitsonis, M. Kircher, N. M. Novikovskiy, F. Trinter, J. B. Williams, K. Fehre, L. Kaiser, S. Eckart, O. Kreuz, A. Senftleben, Ph. V. Demekhin, R. Berger, T. Jahnke, M. S. Sch\u00f6ffler, R. D\u00f6rner. Probing Instantaneous Single-Molecule Chirality in the Planar Ground State of Formic Acid<\/a>. Physical Review Letters (2026)<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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