Wissenschaftler haben eine Methode entdeckt, um ultraschnelle molekulare Interaktionen in Flüssigkeiten zu beobachten, indem sie eine leistungsstarke Lasertechnik einsetzen, die zuvor als ungeeignet für Flüssigkeiten galt. Dies geht aus einer Studie der Louisiana State University hervor. Die am 5. Januar 2026 veröffentlichten Ergebnisse des Teams zeigten, dass bei der Mischung nahezu identischer Chemikalien eine Kombination ein ungewöhnliches Verhalten aufwies, weniger Licht erzeugte und ein einzelnes harmonisches Signal vollständig eliminierte.

Simulationen deuteten darauf hin, dass eine subtile molekulare Interaktion die Elektronenbewegung störte. Diese Entdeckung zeigt, dass sich Flüssigkeiten kurzzeitig so organisieren können, dass das Verhalten der Elektronen erheblich verändert wird. "Es ist, als würde man einem flüchtigen molekularen Händedruck zusehen", sagte Professor Kenneth Lopata vom Department of Chemistry der LSU, Hauptautor der Studie. "Dieser Händedruck verändert, obwohl er nur kurz ist, dramatisch, wie sich Elektronen bewegen und mit Licht interagieren."

Das Forschungsteam verwendete eine Technik namens High Harmonic Generation (HHG), bei der intensive Laserpulse verwendet werden, um hochenergetische Photonen zu erzeugen. Traditionell wurde HHG hauptsächlich in Gasen eingesetzt, aber Lopatas Team passte sie für flüssige Lösungen an. Der Prozess beinhaltet das Abfeuern eines intensiven Lasers auf die Flüssigkeit, wodurch Elektronen beschleunigt werden und Licht mit unterschiedlichen Frequenzen aussenden, die als Harmonische bezeichnet werden. Das Muster dieser Harmonischen liefert Informationen über die molekulare Struktur und Dynamik der Flüssigkeit.

In ihrem Experiment mischten die Forscher Methanol mit Fluorbenzol. Sie beobachteten, dass die Mischung weniger Licht erzeugte als erwartet und dass eines der harmonischen Signale fehlte. Durch computergestützte Modellierung stellten sie fest, dass die Fluorbenzolmoleküle die Solvatationsstruktur des Methanols störten und eine Barriere schufen, die die Bewegung der Elektronen behinderte. Diese Interferenz unterdrückte bestimmte Frequenzen des emittierten Lichts.

Die Auswirkungen dieser Forschung erstrecken sich auf verschiedene Bereiche, darunter die Materialwissenschaft und die Arzneimittelentwicklung. Das Verständnis, wie Moleküle in Flüssigkeiten interagieren, ist entscheidend für die Entwicklung neuer Materialien mit spezifischen Eigenschaften und für die Entwicklung wirksamerer Medikamente. "Flüssigkeiten sind das Medium, in dem viele chemische Reaktionen ablaufen", erklärte Lopata. "Die Möglichkeit, diese ultraschnellen Interaktionen zu beobachten, eröffnet uns ein neues Fenster dafür, wie diese Reaktionen ablaufen."

Die Entwicklung von KI und maschinellem Lernen spielt eine zunehmend wichtige Rolle bei der Analyse der komplexen Daten, die durch diese Experimente generiert werden. KI-Algorithmen können Muster und Beziehungen identifizieren, die für Menschen schwer zu erkennen wären, wodurch das Tempo der wissenschaftlichen Entdeckung beschleunigt wird. In dieser Studie wurde KI verwendet, um die Simulationsdaten zu analysieren und den molekularen Händedruck zu identifizieren, der die Elektronenbewegung störte.

Zukünftige Forschung wird sich auf die Erforschung anderer flüssiger Mischungen und die Untersuchung der Rolle verschiedener molekularer Interaktionen konzentrieren. Das Team plant außerdem, neue KI-gestützte Tools zur Analyse von HHG-Daten zu entwickeln, die zu noch detaillierteren Einblicken in das Verhalten von Flüssigkeiten führen könnten. Die Ergebnisse könnten potenziell zur Entwicklung neuer Technologien zur Steuerung chemischer Reaktionen und zur Herstellung neuartiger Materialien führen.