Neue Entwicklungen in der hochauflösenden Infrarot-Cavity-Ringdown Spektroskopie

• Antragsteller: Dr. Guido Fuchs; Professor Dr. Thomas Giesen
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326572190

Mit diesem Antrag möchten wir unsere Möglichkeiten zur Durchführung von Experimenten in der Molekülphysik und Laborastrophysik stärken, um Moleküle zu erzeugen und spektroskopisch zu charakterisieren und molekulare Signaturen zu identifizieren, die für astrophysikalische Beobachtungen von Bedeutung sind. Zu diesem Zweck wollen wir den experimentellen Aufbau erweitern und eine neue Nachweismethode einführen, die es uns ermöglicht, zusätzliche Techniken zur Molekülproduktion (z.B. Laserablation) einzusetzen und zeitkritische Prozesse besser zu untersuchen. Eine wichtige Anwendung dieser neuen Laboruntersuchungen wird im Bereich der Infrarotastronomie liegen. Das Projekt ist zeitgemäß, denn mit neuen Instrumenten wie METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) am derzeit gebauten Extremely Large Telescope (ELT/ESO) in Chile werden spektral hochauflösende Daten von verschiedenen Objekten wie warmen Molekülwolken, Sternentstehungsgebieten und Exoplaneten, aber auch von Sternumgebungen alter Sterne in großer Menge verfügbar sein. Auch heutige Teleskope wie das VLT (mit dem CRIRES-Spektrographen) können von der Verfügbarkeit hochauflösender IR-Spektren von Molekülen im Wellenlängenbereich von 1,5 bis 4 μm profitieren, so wie es in diesem Antrag geplant ist. Der Schlüssel zur korrekten Interpretation von astrophysikalisch beobachteten Moleküldaten ist das genaue Verständnis von hochauflösenden Laborspektren. Das hier vorgestellte Projekt basiert auf einem früheren Projekt, in dem wir einen Cavity Ringdown (CRD) Versuchsaufbau aufgebaut haben. Wir planen nun, den CRD-Aufbau weiterzuentwickeln, um (A) einen neuen CRD-Betriebsmodus zu implementieren, (B) ein neues, schnell öffnendes Hochdruckventil in das Experiment einzuführen, (C) Doppelresonanz-Experimente (DR) unter Verwendung eines Millimeter-Chirped-Pulse-Aufbaus zu ermöglichen. Der neue CRD-Betriebsmodus ist wichtig, um das CRD-Experiment mit ultraschnellen Molekülproduktionstechniken wie der Laserablation kombinieren zu können. Das schnell öffnende Hochdruckventil wird für eine effizientere Kühlung der untersuchten Moleküle entscheidend sein, und die DR-Experimente werden für die korrekte Analyse (z. B. Quantenzahlzuweisungen) komplexerer Spektren wichtig sein, bei denen sich die Schwingungsmoden gegenseitig stören. Unser Laborteam in Kassel verfügt über langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Molekülspektroskopie und der Herstellung und Analyse von Molekülen. Mit dem hier vorgestellten Projekt werden wir in der Lage sein, Daten zu liefern, die für Beobachter und Modellierer astrophysikalischer Umgebungen, aber auch für Theoretiker, die an ab-initio-Modellen von Molekülen arbeiten, von großer Bedeutung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen