Der so genannte quantenmechanische Tunneleffekt von Atomen lässt manche chemische Reaktionen bei niedrigen Temperaturen schneller ablaufen und ermöglicht sogar Reaktionen im eiskalten Weltraum. Die Gruppe um Prof. Johannes Kästner am Institut für Theoretische Chemie der Universität Stuttgart untersucht dieses verblüffende Phänomen seit einigen Jahren mit Hilfe von Simulationen. Diese erlauben eine eindeutige Identifizierung von Tunnelvorgängen, da man in der Simulation den Effekt ein- und ausschalten kann – im Unterschied zu experimentellen Untersuchungen, bei denen er immer auftritt. Der Europäische Forschungsrat (ERC) zeichnet Kästner nun mit einem Consolidator Grant aus, der seine Untersuchungen in den nächsten fünf Jahren mit knapp 2 Millionen Euro fördert.
„Mich fasziniert der Tunneleffekt schon seit Jahren“, freut sich der 1978 in Wien geborene Chemiker, der im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) an der Universität Stuttgart forscht. „Die Förderung durch die Europäische Union gibt mir viel Freiheit und Entfaltungsmöglichkeit, um diesen Effekt umfangreich zu untersuchen und zudem meine Forschungsgruppe deutlich zu vergrößern.“
Der quantenmechanische Tunneleffekt lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: Atome und Moleküle folgen den Gesetzen der Quantenmechanik und bewegen sich oft ganz anders, als wir das aus von Objekten in unserem täglichen Leben gewohnt sind. Wirft man beispielsweise einen Ball an eine Wand, dann prallt er zurück. Sind Ball und Wand aber so klein beziehungsweise dünn, dass sie sich quantenmechanisch verhalten, dann kann es passieren, dass der Ball durch die Wand fliegt, als wäre sie nicht da. Wand und Ball beeinflussen sich dann gar nicht.
Der Effekt ist dafür verantwortlich, dass manche chemischen Reaktionen auch bei tiefer Temperatur noch schnell ablaufen können, beschleunigt biochemische Vorgänge wie die Zellatmung in unserem Körper und ermöglicht sogar Reaktionen im interstellaren Medium. Die riesigen Bereiche zwischen Sternen im Weltraum sind nämlich nicht leer, sondern mit Wolken aus Gas und Staubpartikeln gefüllt. Aufgrund des Tunneleffekts können auch bei den dort vorherrschenden niedrigen Temperaturen (wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt) chemische Vorgänge ablaufen.
Weitere Informationen:
Prof. Johannes Kästner, Universität Stuttgart, Institut für Theoretische Chemie
(ITheoC)
Tel.: 0711/ 685-64473, E-Mail: kaestner (at) theochem.uni-stuttgart.de
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Abt. Hochschulkommunikation, Tel. 0711/685-82176,
E-Mail: andrea.mayer-grenu (at) hkom.uni-stuttgart.de
