Trennung von para‐und ortho‐Wasser

Wasser existiert in Form zweier Kernspinisomere, para und ortho, definiert durch den Gesamtspin der zwei Wasserstoffatomkerne. In isolierten Wassermolekülen ist die Umwandlung zwischen den beiden Isomeren quantenmechanisch verboten, und sie können als zwei verschiedene Molekülspezies betrachtet werden. Ihre Trennung ist nicht trivial, und reine Proben von para‐Wasser sind bisher nicht erzeugt worden. Daher sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften, Umwandlungsmechanismen und Wechselwirkungen der beiden Isomere kaum bekannt. Hier demonstrieren wir die Isolierung beider Spinisomere in reinen Molekülstrahlen von para‐ und ortho‐Wasser im jeweiligen absoluten Grundzustand. Die Moleküle in einzelnen Quantenzuständen sind ideale Proben für Studien zu Umwandlungsmechanismen der Isomere, für Präzisionsspektroskopie, zur Untersuchung fundamentaler physikalischer Symmetriebrechung sowie für kernspinbasierte Anwendungen, z. B. Laborexperimente zur Astrophysik und ‐chemie oder hochempfindliche NMR‐Experimente. Mit allen Wassern gewaschen: Die beiden Kernspinisomere para‐ und ortho‐Wasser konnten in reinen Molekülstrahlen im jeweiligen absoluten Grundzustand isoliert werden. Reine Proben von para‐Wasser hatten zuvor nicht erhalten werden können. Diese Technik zur Trennung von Quantenzuständen ist allgemein anwendbar auf alle polaren, neutralen Moleküle und ermöglicht die räumliche Trennung einzelner Quantenzustände und Kernspinisomere.