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Doppelt gebrochen hält besser

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Beim Eintritt in eine chirale Flüssigkeit wird ein Lichtstrahl in zwei Strahlen gespaltet. (Schema: Peer Fisher, Harvard University)
Forscher von der Harvard-Universität in Boston haben mithilfe eines ausgeklügelten Experiments herausgefunden, dass optisch aktive Flüssigkeiten einen Lichtstrahl in zwei Teile aufspalten können. Sie haben somit eine schon länger diskutierte Theorie bestätigt, derzufolge ein Lichtstrahl an der Grenzfläche einer derartigen Flüssigkeit unter zwei verschiedenen Winkeln gebrochen wird. Die Größe dieses Winkels hängt dabei von der Konzentration der in der Flüssigkeit umherschwimmenden chiralen Moleküle ab. Die Forscher glauben, dass ihr Experimentaufbau zur Untersuchung einer Vielzahl derartiger Moleküle geeignet ist.

In gewisser Weise verhält sich eine chirale Flüssigkeit ebenso wie ein doppelbrechender Kristall, etwa Calcit. In diesem wird die Doppelbrechung durch die interne Kristallstruktur hervorgerufen ? die Geschwindigkeit des Lichts ist entlang verschiedener Achsen des Kristalls unterschiedlich. Eine chirale oder optisch aktive Flüssigkeit hingegen besteht aus einer Suspension eines Moleküls, das in zwei zueinander spiegelbildlichen (chiralen) Versionen vorliegt.

Die in der Fachwelt als rechts- oder linkhändig bezeichneten Formen eines chiralen Moleküls wechselwirken auf unterschiedliche Weise mit zirkular polarisiertem Licht. Da linear polarisiertes Licht in gewisser Weise nichts weiteres als eine Überlagerung von rechts- und links-zirkular polarisiertem Licht darstellt, wird ein Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen einer chiralen Flüssigkeit und Luft wie in Calcit in zwei Teile aufgespalten, so Ambarish Gosh und Peer Fischer, die Autoren der Studie.

Im Vergleich zu einem doppelbrechenden Kristall ist der Winkel zwischen den beiden Strahlen in der chiralen Flüssigkeit allerdings winzig klein ? er macht nur etwa den zehntausendsten Teil eines Grades aus. Die beiden Forscher benutzten daher in ihrem Experiment hintereinander aufgestellte Behälter in Form von Prismen, die in abwechselnder Folge mit jeweils der links- oder der rechtshändigen Version eines chiralen ätherischen Öls gefüllt waren.

Auf diese Weise konnte der Winkel zwischen den beiden Strahlen vergrößert werden, so dass sich der Effekt mittels einer hochauflösenden Kamera visualisieren ließ, sagen die Forscher. Nach diesem Pilotexperiment wollen sie ihren Experimentieraufbau nun zur Studie einer Reihe chiraler Flüssigkeiten einsetzen.

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Physical Review Letters (Band 97 Artikel 173002) Stefan Maier
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