Infrarot- und Ferninfrarot-Spektroskopie molekularer Ionen: Vom Hydronium-Ion (H3O+) über Cluster bis zum Eis

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In der Physik und Chemie von kalten interstellaren Gasen spielen tief liegende Feinstruktur- und Rotationszustände oder kleine isotopenbedingte Unterschiede in den Nullpunktsenergien eine zentrale Rolle. Oft reicht jedoch die Kopplung durch Strahlung und Stöße nicht aus, in den verschiedenen Entwicklungsstufen der interstellaren Materie all diese Zustände wirklich thermisch zu besetzen. Typische Beispiele sind das ortho/para Verhältnis des Wasserstoffs, die Kühlung durch Abstrahlung von Kohlenstoffionen oder die Häufigkeit von deuterierten Ionen (z.B. protonierter molekularer Wasserstoff). In diesem Teilprojekt werden in einem bewährten temperaturvariablen 22-Polspeicher (AB-22PT) detaillierte zustandsspezifische Ratenkoeffizienten für solche Ionen-Molekülstöße gemessen, die die Energiebilanz bei kinetischen Temperaturen zwischen 10 und 300 K beeinflussen. Mit etablierten bzw. zu entwickelnden Methoden wie REMPI, optischem Pumpen, chemischem oder physikalischem "Aussortieren" werden in dem Ionenspeicher zustandsspezifisch Ensembles von Ionen wie Stickstoff-, Kohlenstoff-, Kohlenmonoxid- oder Azetylionen präpariert. Als Reaktionspartner kommen Parawasserstoff, Normalwasserstoff und deuterierter Wasserstoff zum Einsatz. Langfristig sind auch Experimente mit atomaren Targets (H, C, N, O) und mit Molekülen, die schwere Isotope wie z.B. C-13 oder O-18 enthalten, geplant.