Physiker erzeugen "molekulares Schwarzes Loch"

Allerdings war das mikroskopische schwarze Loch nicht von Dauer: Innerhalb von 30 Femtosekunden, also 0,00000000000003 Sekunden, verlor das Molekül mehr als 50 Elektronen und explodierte. Dabei wurde ein Atom im Molekül kurzzeitig zu einem elektromagnetischen "Schwarzen Loch": Seine extreme Ladung zog Elektronen aus dem umgebenden Molekül stärker an als es die Schwerkraft eines stellaren Schwarzen Lochs könnte, wie die Forscher im Fachmagazin "Nature" berichten.

Und so lief es ab: Die Wissenschaftler bestrahlten ein Molekül mit einem ultraintensiven Röntgen-Laser.

Die bahnbrechende Entdeckung gelang Wissenschaftlern in einem Experiment im US-Beschleunigerzentrum SLAC in Kalifornien. Dieser Röntgenlaser kann hochfokussierte, ultrakurze Röntgenblitze mit einer Intensität von 100 Billiarden Kilowatt pro Quadratzentimeter produzieren. Unter ihnen waren der Physikprofessor Robin Santra und Daniel Rolles vom Deutschen Elektronensynchrotron (DESY).

Der Röntgenblitz entreiße dem Iod-Atom zunächst fünf bis sechs seiner Elektronen, erklärt der Hamburger Forscher. "Durch die resultierende hohe positive Ladung saugt das Iodatom die Elektronen von der Methylgruppe ab wie eine Art atomares Schwarzes Loch". Tatsächlich ist die Kraft auf die Elektronen dabei sogar wesentlich stärker als die eines typischen astrophysikalischen Schwarzen Lochs mit der Masse von etwa zehn Sonnen. Die abgesaugten Elektronen werden mit dem Röntgenblitz hinauskatapultiert. In diesem Fall wurden einem Atom aber sehr, sehr viele entrissen - und zwar 54 von insgesamt 62 Elektronen. "Auf diese Weise sammelt sich eine extreme positive Ladung innerhalb eines zehntel milliardstel Meters". Diese Laser-Anlagen erzeugen extrem intensives Röntgenlicht, mit dem sich unter anderem die räumliche Struktur komplexer Moleküle auf einzelne Atome genau bestimmen lässt. Aus diesen Strukturinformationen können Biologen unter anderem auf die genaue Funktionsweise von Biomolekülen schließen. 54-fach positiv geladen Einen neuen Rekord für die Ionisation mit Licht haben nun Artem Rudenko von der Kansas State University und seine Kollegen erzielt. "Wenn mehr Nachbarn als die einzelne Methylgruppe vorhanden sind, können noch mehr Elektronen eingesaugt werden".

Dem Team von Robin Santra ist es dabei erstmals gelungen, diese ultraschnelle Dynamik auch theoretisch zu beschreiben. "Die Daten haben hohe Relevanz für Untersuchungen an Freie-Elektronen-Röntgenlasern, denn sie zeigen im Detail, was bei Strahlungsschäden tatsächlich passiert". DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

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