Wissenschaftler entdeckten eine neue Methode zur Beobachtung ultraschneller molekularer Interaktionen in Flüssigkeiten, wobei sie eine leistungsstarke Lasertechnik einsetzten, die zuvor für flüssige Substanzen als undurchführbar galt. Die Forschung, die an der Louisiana State University durchgeführt und am 5. Januar 2026 veröffentlicht wurde, ergab, dass eine bestimmte Kombination beim Mischen von zwei nahezu identischen Chemikalien ein ungewöhnliches Verhalten zeigte: Sie erzeugte weniger Licht und eliminierte ein einzelnes harmonisches Signal vollständig.

Simulationen deuteten darauf hin, dass eine subtile molekulare Interaktion, die als "Handschlag" beschrieben wird, die Bewegung von Elektronen störte. Diese Erkenntnis zeigt, dass sich Flüssigkeiten kurzzeitig so organisieren können, dass das Verhalten von Elektronen erheblich verändert wird. Laut Kenneth Lopata, einem Professor am Department of Chemistry der LSU, liefert diese Entdeckung wertvolle Einblicke in die komplexe Dynamik von Flüssigkeiten auf molekularer Ebene.

Das Forschungsteam nutzte eine extreme Lasertechnik, die als Hochharmonische Erzeugung (HHG) bekannt ist. Bei der HHG wird ein leistungsstarker Laserpuls in ein Material fokussiert, wodurch die Emission von hochenergetischen Photonen bei Vielfachen oder Harmonischen der ursprünglichen Laserfrequenz verursacht wird. Wissenschaftler waren lange Zeit der Ansicht, dass HHG in Flüssigkeiten aufgrund ihrer ungeordneten Natur unmöglich sei, da diese das Laserlicht streuen und die Erzeugung kohärenter Harmonischer verhindern würde. Das LSU-Team überwand diese Herausforderung, indem es extrem kurze Laserpulse verwendete und die Versuchsbedingungen sorgfältig kontrollierte.

In ihrem Experiment mischten die Forscher Methanol und Fluorbenzol, zwei Chemikalien mit sehr ähnlichen Strukturen. Als die Mischung dem Laser ausgesetzt wurde, beobachteten die Forscher, dass ein bestimmtes harmonisches Signal fehlte. Weitere Simulationen ergaben, dass die Fluorbenzolmoleküle die Bewegung von Elektronen im Methanol störten und so die Emission von Licht bei dieser bestimmten Frequenz blockierten.

"Es war, als würde man beobachten, wie ein perfekt inszenierter Tanz plötzlich aus dem Takt gerät", sagte Lopata. "Das fehlende harmonische Signal war ein klarer Hinweis darauf, dass auf molekularer Ebene etwas Ungewöhnliches vor sich ging."

Diese Entdeckung hat erhebliche Auswirkungen auf das Verständnis chemischer Reaktionen in Flüssigkeiten. Viele chemische Reaktionen finden in Lösung statt, und die Art und Weise, wie Moleküle in einer flüssigen Umgebung miteinander interagieren, kann einen tiefgreifenden Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit und das Ergebnis haben. Indem sie eine Möglichkeit bietet, diese Interaktionen in Echtzeit zu beobachten, könnte die neue Technik zur Entwicklung effizienterer und selektiverer chemischer Prozesse führen.

Darüber hinaus könnte diese Forschung auch Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Materialien haben. Die Eigenschaften eines Materials werden durch die Art und Weise bestimmt, wie seine Bestandteile miteinander interagieren. Indem sie verstehen, wie sich Flüssigkeiten auf molekularer Ebene organisieren, könnten Wissenschaftler neue Materialien mit spezifischen Eigenschaften entwerfen.

Die Forscher arbeiten nun daran, ihre Technik auf andere Flüssigkeiten und Lösungen auszudehnen. Sie untersuchen auch die Möglichkeit, KI- und maschinelle Lernalgorithmen zur Analyse der komplexen Daten zu verwenden, die durch ihre Experimente generiert werden. Dies könnte ihnen helfen, neue Muster und Beziehungen zu erkennen, die sonst übersehen würden. Das Team glaubt, dass dieser neue Ansatz die Art und Weise, wie Wissenschaftler Flüssigkeiten und Lösungen untersuchen, revolutionieren und zu einem tieferen Verständnis der grundlegenden Prozesse führen könnte, die das Verhalten der Materie bestimmen.