Der unwahrscheinliche Sprung eines Protons

Quantenmechanisches Tunneln ist ein Effekt, durch den ein Teilchen eine Energiebarriere durchdringen kann, obwohl es nicht genügend Energie besitzt, um diese zu überwinden. So können auch chemische Reaktionen stattfinden oder beschleunigt werden, selbst wenn die in der Reaktion verfügbare Energie nicht ausreichen würde. Auch in kalten interstellaren Wolken gibt es Reaktionen, die erst durch Tunneln ablaufen können. Allerdings ist das Berechnen einer solchen Reaktionsrate generell schwierig und nur bei den einfachsten Reaktionen möglich. In Experimenten bei niedrigen Temperaturen in Ionenfallen wurde die Tunnelreaktion zwischen D– und H2 gemessen. Für diese Protonentransfer‐Reaktion gibt es genaue quantenmechanische Berechnungen. Die Ergebnisse bei hohen H2‐Dichten zeigten einen zuvor unbekannten Effekt der Dynamik in Ionenfallen auf, der für stark erhöhte Reaktionsraten sorgte und mit Simulationen bestätigt wurde. Bei niedrigen H2‐Dichten wurde eine Reaktionskonstante gemessen, die mit den Berechnungen auf Basis der Quantenmechanik übereinstimmt. Sie entspricht einer Reaktionswahrscheinlichkeit von etwa einmal pro 100 Milliarden Kollisionen.