Interatomarer Coulombzerfall in Wasser - mögliche Ursache für Strahlenschäden an biologischer Materie

• Applicant: Professor Dr. Till Jahnke
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 34568827

Bis vor etwa 10 Jahren ist man davon ausgegangen, dass die chemische Umgebung eines Teilchens nur bedingt Einfluss auf seine Zerfallsdynamik hat. Mit der Vorhersage von Interatomic Coulombic Decay (ICD) [1] und dem späteren experimentellen Nachweis des Prozesses [2-4] änderte sich diese Ansicht. Befindet sich ein einzelnes Atom in einem angeregten Zustand, den es nur durch strahlende Abregung verlassen kann, besteht hingegen für ein Van-der-Waals- oder wasserstoffbrückengebundes System mehrerer Atome oftmals die Möglichkeit, die Energie nicht in Form eines reellen Photons abzugeben, sondern durch den Transfer eines virtuellen Photons an einen Nachbarn zu übertragen. In der Regel gibt dieser Nachbar die empfangene Energie dann durch die Emission eines niederenergetischen Elektrons ab. Bereits in den ersten Publikationen wurde das Auftreten von ICD auch an Wasser-Clustern vorhergesagt [1]. Untersuchungen der letzten Jahre haben ergeben, dass Strahlenschäden in biologischer Materie nicht nur durch die primäre Ionisation, sondern zu großen Teilen durch deren Sekundärteilchen entstehen [5,6]. Insbesondere sind niederenergetische Elektronen in der Lage, DNA-Stränge aufzubrechen [5] und z.B. Uracil-Moleküle sehr effektiv zu zerstören [6]. Da durch ICD ein Zerfallskanal vorliegt, der nach Ionisation oder Anregung durch vergleichsweise hochenergetische Strahlung oder Teilchen niederenergetische Elektronen erzeugt, könnte ICD ein für Strahlenschäden relevanter Prozess sein. Ziel des Projektes ist es nun, ICD an Wasser eindeutig nachzuweisen und die unterschiedlichen ICD-Kanäle in Wasser möglichst sauber zu identifizieren. Hierzu sollen in einer Multikoinzidenzmessung die Impulse aller Fragmente eines Wasser-Dimers nach ICD mit der COLTRIMS-Technik (Impulsspektroskopie) vermessen werden.

• DFG Programme: Research Grants