TWIST

Der nächtliche Blick zu den Sternen hat seit jeher wissenschaftliche Entdeckungen angestoßen. Heute erfolgt die Himmelsbeobachtung mittels Observatorien wie dem Atacama Large Millimeter Array oder dem James Webb Space Telescope. Die Beobachtungen finden mittels Spektroskopie über weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums statt, gehen also über den mit dem menschlichen Auge sichtbaren Bereich weit hinaus. Gerade im Submillimeter- und Terahertzbereich (Submm/THz) lassen sich Rotationsspektren von Molekülen messen, was zu zahlreichen Entdeckungen von Molekülen im All geführt hat. Spätestens mit der Entdeckung von Molekülen wie Ammoniak und Wasser in den 1960er Jahren, wurde aus der astronomischen Spektroskopie die Astrochemie geboren. Sie untersucht das Vorkommen und die Verteilung von Molekülen in kalten interstellaren Regionen, sowie warmen Atmosphären. Wichtig für die Entdeckung von Molekülen im Weltall ist eine fein abgestimmte Vorbereitung von Referenzdaten für die Beobachtung. Dies ergibt sich als Zusammenspiel aus computergestützten Simulationen der Rotation und Schwingung von Molekülen, sowie deren experimenteller Beobachtung in dafür spezialisierten Laboratorien. Das vom FWF Schrödinger geförderte TWIST-Projekt, ist in dieses komplexe Zwischenspiel aus Experiment und Theorie eingebettet und dabei auf eine bisher wenig erforschte Problematik fokussiert. Moleküle tendieren dazu miteinander zu interagieren, und somit schwach gebundene Molekülcluster zu bilden. Diese Wechselwirkungen sind essenziell für die Bildung von Partikeln, sowie für das Zustandekommen chemischer Reaktionen. Die theoretische Beschreibung von Molekülclustern, welche spektroskopisch unter Laborbedingungen beobachtet werden können, ist äußerst herausfordernd. Dies liegt sowohl an der Flexibilität innerhalb der Moleküle selbst, sowie an den relativen Bewegungen zwischen schwach gebundenen Molekülen. In dieser Arbeit werden solche Molekülcluster experimentell und theoretisch untersucht. An der TU Wien erfolgt die Analyse mittels Matrix- Isolation Fourier Transform Infrarot Spektroskopie. Ergänzend werden die Cluster an der Universität Bologna mit Chirped-Pulse Fourier Transform Mikrowelle Spektroskpoie, sowie Submm/THz-Spektroskopie vermessen. Diese Kombination wird weltweit einzigartige Referenz-Datensätze liefern. Zur fundierten Interpretation dieser Daten werden die entsprechenden Spektralbereiche durch numerische Lösung der molekularen Schrödinger-Gleichung abgedeckt. Zum einen über den Watson-Hamiltonian im Rahmen von Rotational-Vibrational Configuration Interaction (RVCI) Methode in Kooperation mit der Universität Stuttgart, zum anderen über den generalisierten Ansatz für beliebige Hamiltonians (GENIUSH) in Zusammenarbeit mit der Eötvös Lornd Universität Budapest. Basierend auf den Ergebnissen des TWIST-Projekts, können Strategien für die umfangreiche Untersuchung schwach gebundener Molekülcluster mittels Spektroskopie entwickelt werden.