Nachbildung von Niedrigenergie-Molekülkollisionen
Technologische Fortschritte bei wissenschaftlichen Instrumenten machen es jetzt möglich, molekulare Interaktionen in Echtzeit zu beobachten. Ultrakurze Laserpulse bieten die einmalige Gelegenheit, Nuklear- und Elektronenbewegung sowie die Dynamik von Ladungstransfer(CT)-Prozessen während Molekülkollisionen anzuzeigen. Der Einsatz von Computermodellen in einem zyklischen Feedbackmode zusammen mit Beobachtungtechniken bietet eine größere Vorhersagekraft und effizientes Testen von Hypothesen, wodurch der Entdeckungsprozess durch gezielte Experimente und Theorieentwicklung beschleunigt wird. Das EU-finanzierte Projekt "'Ultrafast charge transfer in ion-atom collision investigated by molecular quantum dynamics methods" (DYNAMICOL) hat die relevanten theoretischen Beschreibungen verfasst. Wissenschaftler entwickelten Verbreitungstechniken für Wellenpakete, wobei sie quantenchemische und quantenmechanische Methoden kombinierten, um die grundlegenden Prozesse in Ionen-Atom/Molekülkollisionssystemen zu beschreiben. Die Techniken wurden auf zwei Systeme von praktischer Relevanz angewendet, die Kollisionen von Kohlenstoffionen umfassen, eines mit Wasserstoff und Heliumatomen, die für interstellare Phänomene relevant sind, und eines mit der RNA-Base Uracil, die für Strahlenschäden in biologischen Systemen relevant ist. Die Modelle waren einfach genug, um den Rechenaufwand gering zu halten, jedoch detailliert genug, um experimentelle Beobachtungen zu reproduzieren. DYNAMICOL kombiniert experimentelle Niedrig-Energie-Datenkollision mit zeitabhängigen Wellenpaketsimulationen, um einen detaillierten Einblick in die ultraschnelle Dynamik von CT-Phänomenen zu liefern. Die Ergebnisse werden voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Bereiche, angefangen bei Medizin bis zur Nanotechnologie und Chemie, haben.
